諏訪原城
その後も勝頼は遠江への攻勢を強め、天正2年(1574年)には主要拠点であった高天神城も武田氏の手中としている。ところが天正3年(1575年)5月、長篠の戦いで武田軍が織田徳川連合軍に大敗した。徳川家康は直ちに反攻に転じて三河・遠江の武田氏の各拠点の攻略に乗り出し、諏訪原城も7月中旬ごろから徳川軍により包囲された。武田方は在番衆の今福虎孝や室賀満正、小泉昌宗以下抗戦の構えを見せ、1ヶ月余りの攻防戦が繰り広げられた。しかし、徳川軍による包囲と攻撃を支えることができず、また敗戦の痛手から勝頼が援軍を派遣できなかったこともあり、開城し城兵は小山城に退去した。徳川氏が奪取した日時は、天正3年8月(日付は異同あり)とされる。
攻略後、徳川氏はこの城を拠点に武田軍の監視・牽制や駿河国への攻撃を続け、殊に高天神城への大井川沿いの補給路を封じたことで戦いを有利に導いた。またこの間、徳川氏は城の大規模な改修を行っており、現在見られる城の遺構はこの時代のものになる。