長篠之戰結束後，織田家從美濃方面對武田家施壓。由於信長忙於應付一向一揆和毛利家，東進意欲不大。反而信長盟友德川家康，多次因遠江等地和武田家發生衝突。

天正九年 (1581 年) 八月，武將木曾義昌背叛武田勝賴，倒向織田家。勝賴得知義昌謀反，大怒，命令武田信豐 (父親武田信玄弟弟武田信繁之子) 做先鋒，率五千兵馬討伐義昌，同時將其生母、側室及子女處以磔刑。勝賴自行率領一萬五千人出陣。信長得知義昌倒戈，馬上下動員令，決定討滅武田家。

天正十年 (1582 年) 二月，武田家先敗於鳥居嶺，再失飯田城，武田信廉 (信玄之弟) 自大島城出逃。德川家康自濱松城出發，入掛川城，並包圍田中城，田中城未幾投降，三枚橋城、興國寺城等駿河城池盡數落入家康手中。

相模國北條氏政原本娶武田信玄長女黃梅院為妻，跟甲斐國結成軍事同盟，曾參與三方原之戰，協助信玄西征。上杉家爆發家督爭奪戰 (御館之亂)，北條氏政支持弟弟上杉景虎，武田勝賴卻支持上杉謙信的外甥上杉景勝。景虎自盡身亡，示意武田與北條之間同盟破滅。北條氏政改與織田家同盟，此時派遣先頭部隊向甲斐國進軍，武田家形勢越來越不利。

高遠城一戰，三萬織田軍圍困武田軍，發動總攻，仁科盛信、小山田昌行等英勇奮戰，最後難敵對方優勢兵力，切腹自殺，高遠城失陷。織田信忠 (信長嫡子) 追擊武田勝賴，勝賴放棄諏訪，逃亡新府城。不久，馬場昌房 (馬場信春嫡子)、穴山梅雪等也轉投織田家。武田家大勢已去，勝賴決定再逃往小山田信茂的岩殿城。

勝賴與嫡子武田信勝等待信茂前來迎接，卻接到信茂中途叛變的消息。信茂將道路全面封鎖、使勝賴一行人無法入城。勝賴迫不得已，轉入天目山。織田信忠入甲府，將武田族人及重臣連根拔起，處以極刑。信長部將瀧川一益在天目山附近田野發現勝賴行蹤，武田軍與織田軍交戰，終究寡不敵眾，勝賴卒之被俘，其妻 (北條氏政妹) 及一眾家臣身死。

武田家原屬清和源氏的一個支系，奉新羅三郎源義光為始祖，至此正式滅亡，時為天正十年 (1582 年) 三月。

武田家滅亡後，信長將其家臣及領地分給一眾功臣，其中徳川家康獨得整個駿河國。為了答謝及慶功，家康親自到訪安土城，負責招待的正是明智光秀。適逢羽柴秀吉攻打毛利氏要求增援，信長於是解除光秀接待職務，要求他返回封國丹波，準備出兵中國救援秀吉。

當時，織田信孝、丹羽長秀等攻打長宗我部，柴田勝家、瀧川一益等攻打上杉，羽柴秀吉攻打毛利，天下彷彿快將統一。

五月二十九日，信長率領百餘名年輕侍衛從安土城出發，進駐京都本能寺，嫡子織田信忠駐紮在妙覺寺。六月一日，信長在本能寺舉行茶會。下午，明智光秀率領士兵一萬三千人從丹波龜山城出發，向京都移動。六月二日凌晨，光秀向全軍大喊：「敵人就在本能寺！」起兵謀反，討伐信長。