これらの侵攻に対して武田軍では組織的な抵抗ができなかった。伊那口防衛を任せられた下条信氏親子は家老・下条九兵衛の寝返りにより三河国へと逃亡。河尻秀隆の軍が伊那口の滝ノ沢城を接収し、森長可率いる先鋒軍が鳥居峠を経由して下伊那へと侵攻した。信濃松尾城主の小笠原信嶺は狼煙をあげて織田軍の侵攻を手引きし、飯田城の保科正直は高遠城に逃亡した。勝頼の叔父・信廉は在城する対織田・徳川防戦の要であった大島城を捨て、甲斐国に敗走し、伊那戦線は崩壊した。勝頼は今福筑前守を大将とする木曾討伐軍に鳥居峠の奪取を命じたが、木曾軍に翻弄されて敗走。深志城からの攻撃を計画していた馬場美濃守は安曇・筑摩の反乱に足止めされていた。駿遠方面では家康が小山城を奪還、田中城を迂回して駿府に入った。用宗城の朝比奈信置を敗走させると抵抗する田中城の依田信蕃を下し、内応を約束していた穴山信君の歓迎をうけた。
この情報に接した武田軍の将兵は人間不信を起こし、将兵は勝頼を見捨て、隙を見ては逃げ出した。唯一、抵抗を見せたのは弟・仁科盛信が籠城する高遠城だけであった。
だが、信茂は織田方に投降することに方針を転換し、勝頼は進路をふさがれた。後方からは滝川一益の追手に追われ、逃げ場所が無いことを悟った勝頼一行は武田氏ゆかりの地である天目山棲雲寺を目指した。
辞世の句は、「朧なる　月のほのかに　雲かすみ　晴ての　西の山の」。これに対する土屋昌恒の返歌は、「俤の　みおしはなれぬ　月なれば　出るも入るも　おなじ山の端」という。
死後.
勝頼父子の首級は京都に送られ、六条河原に晒されている。
勝頼は追い詰められた際、跡継ぎの武田信勝が元服（鎧着の式）を済ませていなかったことから、急いで陣中にあった小桜韋威鎧（国宝。武田家代々の家督の証とされ大切に保管されてきた）を着せ、そのあと父子で自刃したという話が残っている。その後、鎧は家臣に託され、向嶽寺の庭に埋められたが、後年徳川家康が入国した際に掘り出させ、再び菅田天神社に納められた。
後に徳川家康により菩提寺として景徳院が建てられ、信勝や北条夫人と共に菩提が祭られている。江戸時代以降に再興する武田家は、勝頼の兄で盲目のため出家していた次兄・海野信親（竜宝）の系譜である。
評価.
同時代.
甲陽軍鑑.