真田氏
上杉の援助による旧領奪回が困難になると、信濃侵攻を行っていた甲斐の武田晴信(信玄)に仕えて旧領を回復すると共に、縁故の滋野氏の支族が多い東信濃や上野方面で活躍し、次第に真田氏の勢力基盤が築かれていった。この時期の本拠地は真田氏館、真田本城とも言われるが定かではない。武田家中においても信濃先方衆の有力武将として、幸綱のみならず嫡男・信綱、次男・昌輝も活躍し、信綱は家老に、昌輝は信玄直属の百足衆を率いた時、信玄に「兵部(昌輝)は我が両目」と言わしめるほどであった。また、三男・昌幸は武藤家を、四男・信尹は加津野家をそれぞれ継いでおり、真田一族は武田家において重用されていたことが窺える。なお、武田24将に、真田信綱、昌輝(幸綱や昌幸が入ることもある)が入っており、親子兄弟からこれほど選ばれている例は他家にはない。
永禄10年(1567年)、嫡男・信綱が家督を継ぎ、天正3年(1575年)の長篠の戦いで当主・信綱と次男・昌輝が討死すると、武藤喜兵衛を名乗っていた三男・昌幸が真田姓に復帰して家督を相続する。昌幸は信玄の近習を勤めたこともあり、武田氏滅亡時には武田勝頼に真田の影響下にある吾妻山中の要害の地岩櫃城に篭ることを進言したという。