天文十六年，二月十五日。
就在景定還在巖代、南陸奧等地積極開展領內改革的同時，武田晴信也沒有趁著大勝而空閒下來，而是在志賀城內休整一番後便繼續大張旗鼓的對北信濃村上領展開了侵攻，完全忘記了兵法的常識——剛剛得勝的軍隊，應該慎重行動以保持軍威。
而武田軍攻入村上領的理由卻是——“村上家調略原本隸屬於武田家的國人領主”、“村上家治下的領民屢次越界進入武田領”等。
然而，村上義清深知“匹夫無罪，懷璧其罪”的道理，就算自己眼下向武田家低頭也根本無法解決問題，畢竟武田晴信看上的是信濃的領土，而不是信濃諸將的臣服。
村上義清好歹還是被世人稱為信濃四大將（小笠原、村上、木曽、諏訪）之一，而且領有埴科郡、更級郡兩郡以及高井郡、小縣郡、水內郡、佐久郡、東築摩郡等地各一部分，是整個信濃最大的大名，他並不打算就此坐以待斃。
村上義清早就看出武田晴信在攻滅大井家和笠原清繁之後根本不會就此停下，而是會繼續對北信濃展開侵攻。
村上義清經過再三思慮後便決定與林城的信濃守護小笠原長時聯合起來，兩家就此結為攻守同盟，一同抗擊武田晴信的侵攻。
武田晴信冒著大雪率一萬五千餘軍勢進入了北信濃村上領，進展也非常順利，接連攻落隸屬於村上家的前山城、田口城、巖尾城等十餘座城池兵砦，並且佈陣於砥石城附近的上田原，尋求與村上義清展開決戰。
而村上義清也聞訊率七千餘軍勢從葛尾城出陣，將自己的本陣佈置在砥石城之中，和武田軍隔著千曲川展開對峙。
村上軍上下皆深知此戰若是戰敗了意味著什麼，所以他們寧願戰死沙場也不想遭遇志賀城那樣的慘劇。
不然武田軍就會掠奪他們的財物、將他們的家眷都變成奴僕永世不得翻身。
二月十七日，武田軍、村上軍兩軍於上田原一帶爆發了激烈的合戰，上田原之戰便正式打響了。
武田晴信以家中重臣、諏訪郡郡代板垣信方為先陣，與村上軍的先陣展開交戰。
而板垣信方的確不負武田晴信的期望，率麾下馬廻眾身先士卒的殺入村上軍陣中，將村上軍的先陣擊潰，並對潰敗而逃的村上軍進行追擊，並且接連討取村上軍一百五十餘人。
但是，旗開得勝的板垣信方也在追擊村上軍的同時，逐漸意識到自己率軍已經深入敵後了。
為了不與武田軍本陣的距離拉開太大失去後援，板垣信方便就此率軍停止了追擊，並且就地進行“首實檢”，即清點此戰之中斬獲的村上軍武士的首級。
板垣信方原先想炫耀一下自己在此戰之中活躍表現的戰果，結果放鬆了對周邊的戒備。
然而，板垣信方並沒有料到之前的村上軍只是潰散，並沒有完敗。
這時，正在敗退的村上義清得知了板垣信方已經不再追擊並且正在首實檢之後，當即決定率上千敗軍捲土重來，出其不意、攻其不備。
結果，還在進行首實檢的板垣信方措不及防，完全沒有時間來組織兵力進行反擊。
在一番混戰過後，板垣信方被村上軍所討取。
板垣信方所部的騎馬武士被討取四十餘人、足輕被討取一百五十餘人。
隨後，村上義清更是趁著自己發起反擊後大勝，麾下軍勢已經士氣高昂，便決定再接再厲，意圖一舉將武田軍擊敗，將其逐出北信濃一帶。
之後，他就率軍繼續攻向了武田晴信的本陣所在地。
武田晴信眼下根本就沒有料到已經被板垣信方部擊潰的村上義清會在此時突然率軍出現，甚至有了一閃而過的驚慌。
在迅速鎮定下來之後，武田晴信當即下令飯富虎昌、小山田信有等將分別從村上軍的兩翼進行夾擊，務必將其擊退。
可村上義清見武田晴信本陣的旗印近在咫尺，根本不甘心再次敗走，便率麾下旗本七百餘軍勢再度猛攻武田晴信的本陣。
同時，原先正在四散潰逃的村上軍在得知村上義清發起反擊將板垣信方討取後，也從四面八方向武田軍本陣湧來。
在戰鬥中，村上家的旗本眾個個無不奮勇當先，死戰不退，導致遭到突襲的武田軍本陣很快亂成一團。
甘利虎泰、才間河內守、初鹿野高利等武田家有力武將皆在混戰之中先後被村上家的旗本眾所討取，就連武田晴信本人在與村上軍的激戰之中被村上軍砍傷了右手。
就在武田晴信萬分危急之時，教來石景政（馬場信房）、工藤昌豐（內藤昌豐）等將迅速趕到，聯合小山田信有部一同對村上義清的旗本眾進行夾擊猛攻。
由於小山田信有、馬場信房、內藤昌豐等部死戰不退，導致村上義清幾乎寸步不得前進，只能眼睜睜的看著武田家的家臣們將已經受傷的武田晴信順利救走。
武田家重臣小山田信有的領內由於冬季降雪較多，因此小山田信有所部非常善於應對這樣的惡劣天氣。
故而在小山田信有的殿軍奮戰之下，武田軍這才得以脫離險境，成功逃離村上領。
但是，武田軍也因此付出了被村上軍討取一千兩百餘人的代價，餘者幾乎是人人帶傷，同時還丟棄了不少糧草輜重。
被村上家擊敗後的武田晴信感到非常不甘心，繼續滯留在內山城一帶很久，根本不想承認自己已經在上田原一戰戰敗的事實。
到了次月，武田晴信在軍師山本勘助，以及大井夫人（武田晴信之母）派來的使者野村筑前守、春降出雲守的輪番勸說之下總算是想通了。
畢竟眼下的武田軍經過上田原一戰慘敗後，士氣正處於低谷，而且由於大雪的原因導致補給困難，完全無法繼續與村上家進行交鋒。
隨後，武田晴信就取道諏訪郡上原城，於三月二十六日，率殘部返回了甲斐國。
另一方面，村上義清雖然一度勝券在握，但是他卻見好就收，並沒有率軍繼續追擊正在敗退的武田軍。
僅僅只是聯合了小笠原長時、仁科道外（小笠原長時舅舅）等人在諏訪郡北部大肆焚燒村落後就收兵返回了北信濃，將先前武田軍所奪取的前山城、田口城、巖尾城等十餘座城池兵砦盡數奪回。
儘管村上家在上田原一戰中先敗後勝，村上家還是付出了小島權兵衛、屋代基綱、雨宮正利等有力武將陣亡以及傷亡一千七百餘人的代價。
之後，武田晴信在返回甲斐後，就前往領內的湯村溫泉連續泡了一個月之久，以治療身心上的創傷。
有此可見上田原之戰的慘敗對武田晴信的打擊是有多麼的大。
同時，這一次侵攻北信濃的慘敗也引起不少甲斐國人的抱怨。
畢竟此次武田軍出陣北信濃完全是師出無名，而且還是以師老兵疲的狀態和極其惡劣的天氣下與村上軍展開交戰。
就連後續的糧草輜重都因為大雪的緣故而無法順利運抵，這就導致了武田軍還沒開戰就已經士氣低下了。
此時此刻，身為時任信濃守護的小笠原長時在村上軍與武田軍大軍進行激戰的同時，卻並沒有去及時策應村上義清，兩面夾擊武田軍。
從而使得武田晴信在戰後可以從容佈置對諏訪郡、佐久郡等地的防禦。
在得知武田晴信於上田原一戰中慘敗，並且不理政事長達一月之久的訊息後，小笠原長時這才燃燒起重新樹立自己信濃守護威望的野心。
於是，小笠原長時於五月十日，並沒有要求村上義清、仁科道外等人出兵協助，而是率麾下五千餘軍勢攻入了諏訪郡，相繼寢反了先前已經臣從於武田家的當地國人領主和地頭武士，使其在武田家後方發起國人一揆，對諏訪郡各地進行襲擾，以此來吸引武田家的注意力。
但是這時距離上田原之戰慘敗已經過了幾個月的時間，武田晴信也已經恢復了不少元氣。
在得知小笠原長時正率五千餘軍勢對諏訪郡發起侵攻的訊息後，武田晴信就決意再度調集大軍出陣諏訪郡，意圖將小笠原長時徹底趕出南信濃一帶，讓其再也無法踏入南信濃一步。