虽然二俣城还在进行着顽强的抵抗，但战局整体的走势毕竟还是朝着信玄预想的方向进行着。就在这种情势下，信长的援军终于到达。虽然兵数不过三千，但对未来战局的趋势却有着重要的意义。
三河、美浓的战况和二俣开城
再来谈谈三河美浓的战况。与信玄的本队分开后，山县三郎兵卫尉昌景沿着三河街道一路南下，在远江攻略军压制天龙川东岸的同时，山县支队在奥三河的田峰与山家三方众合兵一处。兵力超过五千的山县支队在长篠附近渡过丰川，攻击三河远江交界处的柿本城，守将井伊谷三人众之一的铃木重时弃城而走，在远江的佛坂又击破了逃亡中的铃木军，攻落伊平城，隔断丰川和都田川之间的交通。至此，山县支队已经完全分断了经由浜名湖北侧的远江至三河的联络线，同时也确保了武田方从远江至三河的进击路线。并且，驻留在伊平的山县支队还牵制住了德川方的三河众，使其无法和浜松的家康汇合。山县支队的兵力虽然不多，却已经很好地完成自己的使命。
另一面，在东美浓的战场上，秋山伯耆守信友击破织田势、孤立岩村城，并以迎娶远山景任的未亡人（信长的叔母），释放所有城兵为条件使岩村城无血开城，于十一月十四日进入岩村城，信长的五男坊丸也被作为人质送往甲斐。
落后手的信长为了对付各地的反织田势力，不得不把军队分散投入到前线各据点。而自己由于预备兵力不足，只得回到岐阜城待机而动。但是信玄却完全误解了信长的举动，信长的岐阜归城以及织田势一部对于浜松的支援，使得信玄误认为各地的反信长势力并没有对信长造成多少牵制。而信长主力的到达无疑将使自己陷入长期战的泥沼。
情势遽变使信玄开始急于攻落二俣，为此，信玄召回山县支队以加强二俣攻略的兵力。山县在伊平城留下少量守备兵后，将支队主力沿都田川东进，推进至天龙川西岸担任起警戒德川援军的队伍。这样，二俣攻略队得以收回警戒部队，全力进攻二俣。但是，此时武田家的重臣们对此表示反对。他们认为仗恃天险顽强抵抗的二俣城的陷落只不过是时间问题，而不顾伤亡地进行强行攻击在战术上是极为不智的。出于信长主力出击的可能使得信玄必须保存实力，避免出现更大地伤亡。信玄同意了重臣们提出的切断二俣城水源的方法，使得二俣的落城再一次延期。
另一方面，山县支队移向二俣，虽然加强了二俣的攻势，但也使得三河众前往浜松和远江众合兵成为可能。十一月下旬至十二月上旬中的某日，家康率领远江众和终于抵达的三河众大约八千人离开浜松，前往救援二俣城。而作为信长援军的佐久间右卫门尉信盛、平手甚右卫门尉汎秀、水野下野守信元的三千军队因为正在陆续抵达，所以并没有参与这次行动。家康沿秋叶街道向北，抵达神增对岸后，发现如果再往北进发的话，将陷入南北武田军的重围。不得已返回浜松，放弃了对二俣的支援。
二俣守将中根平佐卫门以下却并没有因此放弃抵抗。最后，由于武田势从上流放下竹筏，破坏了二俣城仗以汲水的井楼，在笼城开始近两个月后的十二月十九日，二俣开城。城兵被全员释放，撤往浜松。关于城兵被释放的原因有几种说法，一说是交换战俘，一说是武田方虽然持有天龙川的地图，但因为天龙川湍急，不知道何处可以渡河，所以故意释放二俣城兵来获知浅滩的位置。
向浜松进军和向三方原的转进
历时二个月的二俣攻城战终于结束，与此同时虽然秋山支队在美浓也取得了意料之外的战果，但信长的岐阜归城以及信长援军的到达使信玄心力疲惫，武田军还是在合代岛停留了数日，于十二月二十二日渡过天龙川，再一次向西推进。
另一方面，家康不顾开战以来连战连北及二俣落城对己方士气产生的不利影响，主张出击迎战。家康认为，如果乘武田大军渡天龙川时进行急袭，胜算还是相当大的。但这个主张遭到了以酒井左卫门尉忠次和石川伯耆守数正为首的家臣们的强烈反对。他们认为武田军肯定会来攻打浜松，冒险出击和武田军野战十分不智。织田势的佐久间等也因为出发时信长曾经吩咐说，尽量保存实力，将战事拖入持久战，所以也赞同进行笼城战。于是，被孤立的家康只得放弃了出击的念头。
按照信玄本来的计划，在渡过天龙川之后，武田军应该一直往西推进，穿过井伊谷进入三河。但是，对信长大军即将到来的阴霾始终笼罩在信玄心头，使得信玄不得不下定决心首先击破德川军的主力。于是，武田军改向浜松。故意从集结在浜松的德川织田联军的眼皮子底下经过，然后背对浜松往三河进发，这样，主力集结在浜松的德川一定不会让武田军轻易进入防御薄弱的三河，而会从浜松出击进行野战。
信玄从合代岛经神增向秋叶街道进发，和二俣攻略队汇合，然后调整方向，向浜松进发。大约在中午稍前到达欠下，本阵设在大菩萨，全军在三方原高地的东南端布阵。从表面看上去好像摆出了一副从北面攻击浜松的架势，但信玄让全军稍歇一阵后，在午后开始北上。
然而信玄想要引诱家康出城决战还有一个很大的问题。因为武田方在兵力上占有很大优势，要家康以弱追强，似乎有点勉为其难。于是，为了真正达到引诱家康出击的目的，还需要将半数以上的兵力加以隐藏，也不能藏得太远，否则强弱之势逆转信玄自己不免陷入苦战。所以这个藏匿的地方是非常重要的。恰好三方原的北端，由于被都田川成年累月的冲刷，形成了几个山崖状的地形。如果在崖下埋伏下大军，将诱饵部队留在崖上，将会达到很好的伏击效果。
家康出阵
信玄在三方原高地以西的大谷川上流，离祝田坂、大谷坂不远处停下全军。然后将全军分成三队。中央队以信玄和他的旗本众居中，更辅以穴山众、板垣左京亮信安和迹部大炊助胜资的手势，以马场势为先头，北条势殿后。中央队的左侧是内藤修理亮昌丰率领的左翼队。按前后顺序依次是内藤昌丰的西上野众、海津城代春日弹正忠虎纲派遣来的海津众的一部、真田源太左卫门信纲、真田兵部丞昌辉、运输队、由米仓丹后守重继率领的甘利众。右翼队由胜赖指挥，按前后顺序依次是郡内众小山田左兵卫信茂、山县昌景支队、小幡尾张守重贞的西上野小幡党、胜赖的手势、典厩众、土屋右卫门尉昌次的手势，右翼队在中央队右侧稍稍偏南的位置。
信玄的计划是想让左右两队作为伏兵乘着夜色埋伏在祝田坂和大谷坂。自己则留下作为诱饵。因信玄所在的中央队约有一万，与德川的兵力相仿佛。以这一万人的兵力牵制住德川势，等战事进入胶着状，然后让五千余的左翼队从祝田坂下，一万余的右翼队从大谷坂下急袭德川军的背后。可以一举击溃德川军。
但是家康行动的迅速完全出乎信玄的意料。当时，家康和他的重臣们正如信玄所猜测的那样担心武田势攻入防御薄弱的三河。如果听任武田势进入三河的话，那么酒井、石川及其配下的三河众、还有信长的援兵这么集结在浜松就完全失去了意义。而三河诸城也必然将被逐个攻落，造成德川军的整条防卫线崩坏。
此时家康的选择只有三个，一是让东西两三河众分别返回三河固守冈崎、吉田。浜松则由远江众和织田势据守。再就是从浜松出击，俟武田军转身迎战时撤回，等武田军出发时再出击，如此周而复始牵制武田，不让武田军轻易渡过都田川。还有就是对停在三方原的武田势进行总攻击。在这三个选择中，第一种易被敌人各个击破。第二第三则都要冒和武田军野战的风险。家康的主张是先出击，视情况而定是否进行总攻击。重臣们当然也不能无视武田势直接侵攻三河将造成的损失，尤其是那些家眷都在三河的谱代众更是全力支持家康的主张。
在这里先介绍一下德川当时的军队组织，在天正十三年之前，德川的家臣团中主要以石川数正和酒井忠次二人为首。当时的家康的军队被称为“三备”，即西三河众、东三河众和旗本众。永禄七年（１５６４），镇压了三河一向一揆，平定了三河的家康将吉田城作为东三河的支配据点，派酒井忠次驻守。所以以酒井又被称为“东三河的家老”或者“东三河的旗头”。同时，石川家成被任命为西三河的旗头，由于家成在永禄十二年被派往远江的挂川城，因此家成西三河笔头的位子由其外甥石川数正继承。此外，旗本众分为“旗本先手役”和“马回众”，象本多忠胜、神原康忠、大久保忠世、鸟居元忠、大须贺康高、松平家忠、柴田康忠、植村家存、松平康纯等以及后来的井伊直政都是旗本先手役出身，是家康直属的精锐。
现在，家康就要率领着三备出阵，当然同行的还有织田势的援军。召开军议，整备万人的部队出击，很是费了一番时间。德川、织田联合军大约在下午三时左右出发，正好在这个时间出击能够在天色将暗时分追上武田势，黑夜将会对熟悉地形的德川势更加有利。在出发之前，家康亦正是藉此以及武田对德川武士的无视来激励士气。
从浜松出发北上的万余军队依次是旗本众、远江众、西三河众、东三河众，织田势。下午四点左右，联军到达了离三方原高地北端数公里处，家康在这里摆下了阵势。本阵的前方是石川伯耆守率领的西三河众，酒井左卫门尉率领的东三河众被配置在西三河众的右侧，本阵的左侧是远江众和旗本众，右侧则是被作为预备队的织田势。
三方原合战
德川军在日落时分到达使信玄吃惊不小，而左右两翼的别动队还没来得及开始行动，这使得按照原来的设想从两翼包抄德川后路，给德川军以致命的打击的计划落空。当然信玄也不想就这么轻易的放过这个与德川军决战的机会。在看到德川势并没有进一步动作的意图后，信玄命令离德川军最近的右翼队出击挑衅。
另一方，家康看到武田大军在此集结而且早有准备，觉得在这种情况下和武田军硬憾胜算实在不高，但又怕匆忙撤退造成军队的混乱易被武田军追击，况且还落个畏敌如虎的坏名声，只得在原地按兵不动。
就在这时，小山田左兵卫尉率领的郡内众从武田军右翼队中脱出，并开始向德川势的中央左侧旗本众和西三河众投石。拳头大小的石块纷纷落入德川阵中，虽然不会直接致命，但不少德川兵士被石块击中受伤。愤怒的德川旗本众的先头部队，大久保七郎右卫门忠世、大久保治右卫门忠佐、柴田弥七郎康忠等纷纷率铁炮队予以还击，西三河众的先头部队也在铁炮的掩护下向前推进。先头部队的愤怒情绪在很快蔓延到整个西三河众全体，石川数正虽然想中止攻击收拢阵形，但自开战以来一直被武田军压着打的德川军毫不容易找到个机会发泄，哪会这么轻易放弃。旗本众也在大久保兄弟、柴田等人的影响下不顾渡边半藏守纲等人的劝阻，纷纷离开战列。结果，德川势的整个左翼全体压上，另外酒井指挥下的右翼队也开始以铁炮进行攻击，顿时，武田方的郡内众沐浴在三面的铁炮攻击之下。
当时的小山田左兵卫为了方便投石队攻击，在队列前列安排了盾牌队加以保护，但这也造成了本方的铁炮队无法予以反击。完全出于挨打之势的郡内众开始败退。如此轻易地击退了郡内众更加激发了德川军的信心和士气。德川军的左中右三路一起向前推进，这使得家康本来只想骚扰武田势侵攻三河的计划归于泡影。出于无奈，家康也只得将错就错。
看到了郡内众的败退，在郡内众背后大约三町（大约３２７米）左右的山县支队开始攻击德川左翼队的侧前方，想藉此援救离郡内众。先头的山家三方众开始用铁炮对德川军射击。德川军左翼也毫不示弱，双方展开了激烈的射击战。也许是出于对背叛者的报复，德川势的攻击集中于山家三方众，不久，战意不振的山家三方众在应付几个回合后开始败退。西三河众趁机一气推进至离山县队三町处。右翼酒井率领的东三河众的一部也开始向战场中央靠拢，一方面加强正面的防御，一方面对左翼进行支援。很快，与本队之间的联络被切断的山县支队和郡内众开始乱作一团，陷入苦战。
此时，德川势已经比开战时往前推进了五、六町左右的距离，离武田的布阵的位置只有数町之遥。一直坐视郡内众和山县支队苦战的信玄终于开