名古屋地方裁判所（近藤宏子裁判長）は2007年11月13日までに「3被告人の第1回公判前整理手続を2007年12月27日に開く」と決めた。2007年12月27日に公判前整理手続第1回協議が名古屋地裁（近藤宏子裁判長）で開かれた。それまでの愛知県警・名古屋地検などによる取り調べ段階では被告人3人とも殺害の実行行為に加わったことを大筋で認めたが「事件を主導したのは誰か？」という点については言い分が異なっていた。被告人3人のうち堀が認否を明らかにしなかった一方でK・X両被告人は起訴事実を認める意向を示していたが、同日の協議には3被告人全員が出席したものの起訴事実の認否は行われず約30分で「今後の協議日程・争点を明らかにするための証拠」などについて話し合われた。以降「2008年3月11日に第2回・2008年4月14日に第3回・2008年5月13日に第4回・2008年6月3日に第5回・2008年6月30日に第6回・2008年7月31日に第7回・2008年9月22日に第8回」と、公判前整理手続が計8回行われ「どの証拠・証人を調べるか・争点の絞り込み」などを続けてきた。2008年7月31日、名古屋地裁で行われた第7回公判前整理手続にて協議による調整の結果、K・堀・Xの3被告人の初公判を2008年9月25日に開くことが決定した。2008年9月22日の第8回公判前整理手続で「2008年9月25日に初公判を開き、計18回の公判で証人尋問・被告人質問など証拠調べを行った上で、翌2009年1月20日に論告求刑公判・同年3月18日に判決公判を開く」と具体的な公判日程が指定された。
名古屋地方検察庁は2007年9月14日にK・堀・Xの被疑者3人をいずれも当初の逮捕容疑である死体遺棄罪で名古屋地方裁判所に起訴した。また同日に愛知県警特捜本部は被疑者・被告人3人を強盗殺人・営利目的略取・逮捕監禁の各容疑で再逮捕したが、3人ともこの時点で「反省はしていない」「謝罪する気持ちはない」などと供述していた。また同日までの取り調べに対し被疑者3人はそれぞれ「犯行当日の謀議で女性を拉致・殺害することを決めた」と認めた一方、Kは「自分が堀・X・Vの謀議に加わった際には既に強盗殺人をすることが決まっていた」と供述したほか、Xも「当初は殺すことまでは想定していなかった」などと供述し、それぞれ殺害について主導的な役割を果たしたことを否認した。名古屋地検は2007年10月5日付でK・堀・Xの3被告人を営利略取・逮捕監禁・強盗殺人の各罪状でいずれも名古屋地裁へ追起訴した。またXについては逮捕後に被害者遺族から強盗強姦未遂罪で告訴されていたため「事実が認定できる証拠がある」として同日付でさらに同罪でも追起訴した。
愛知県警特捜本部は2007年9月8日に殺害現場・遺体遺棄現場などで被疑者を立ち会わせて実況見分を開始した。この日は捜査員が被疑者Xを捜査車両に乗せて殺害現場・着替えのシャツなどを購入したディスカウント店などを回ったほか、Xには遺体を車で運んだ際の行動を再現させて捜査員がその模様の写真を撮影した。この時点で3人全員が容疑を認めてはいたが各々の供述に矛盾があったため、特捜本部は翌9月9日以降も同様にK・堀両被疑者をそれぞれ別々に立ち会わせて裏付け捜査を進めた。愛知県警特捜本部は事件発生から1か月となる2007年9月24日、被疑者堀を拉致現場などに立ち会わせて実況見分を行い、堀が被害者Aを視認した千種区の千種署自由ケ丘交番付近 - 拉致現場とされる春里町2丁目（A宅から数十メートル）・愛西市の殺害現場への経路などを確認した。特捜本部は25日以降もK・X両被疑者をそれぞれ別々に現場に立ち会わせた。
天正9年（1581年）、叔父・武田勝頼と三島で戦ったが、決着はつかずに終わった。翌天正10年（1582年）3月、信長の侵攻で勝頼などが討死して武田氏が滅亡し（甲州征伐）、甲斐の遺領は信長の家臣・河尻秀隆、信濃国の一部と上野国の西部は滝川一益に与えられ、一益は関東管領を自称した。しかし6月に信長が本能寺の変で横死し、河尻秀隆が土豪一揆に殺害され、甲斐国が無主の国となると、氏直は叔父の北条氏邦らと共に4万3千を称する大軍をもって上野侵攻を開始し、6月16日には倉賀野表（群馬県高崎市）に進出する。本庄に本営を置き、富田、石神に布陣、18日には金窪城で滝川軍と北条軍は激突し、初戦では氏邦が率いる先鋒が敗退したが、19日の神流川の戦いで氏直本軍が一益軍に勝利した。そして敗走する一益を追って上野国から信濃国に侵攻し、佐久郡・小県郡を支配下におさめ、諏訪へ進軍し諏訪頼忠を味方に付けた。更に木曾義昌（叔母・真竜院の夫）とも連絡を取り中信地方を制した。8月に氏直は甲斐北西部の若神子城（北杜市須玉町若神子）に本陣を置き、新府城を本陣に七里岩台上に布陣した徳川家康軍と甲斐若神子城において対陣した。「甲斐は祖父（武田信玄）の旧領国」ということで領有を強く望む氏直と、徳川軍との対陣は80日間に及んだ（天正壬午の乱）が、滝川一益敗退後に北条に帰参していた真田昌幸や木曾義昌が離反し、家康方の依田信蕃がゲリラ活動を行い北条軍の補給路を脅かし、別働隊の北条氏忠・北条氏勝が甲斐国八代郡黒駒（山梨県笛吹市御坂町）において徳川方の鳥居元忠らに敗退すると戦線は膠着した（黒駒合戦）。その後、織田信雄・信孝兄弟の調停もあり、10月27日、上野は氏直、甲斐・信濃は家康が領有し、家康の娘が氏直に嫁ぐことで両軍の和睦・同盟が成立する。そしてこの結果として、天正11年（1583年）8月15日、家康の娘・督姫が氏直に嫁いだ。