内、大和的各大名包围高野山。5月，织田军的攻势凌厉，趁防守越中的上杉军武将河田长亲突然死去的空隙，行军至越中，占领了大部分土地。
进入天正十年（1582年），武田信玄的女婿木曾义昌于2月1日向织田信长提出投奔织田家的请求。织田信长答应后，于2月3日向信忠发出针对武田的大动员令。于是，德川家康从骏河、北条氏直从关东、金森长近从飞驒、信忠从木曾处各自开始进攻武田领土。据言，此次进攻的兵力总数超过了十万。面对织田军的大规模攻势，武田军的抵抗变得越来越脆弱。伊那城的守将下条伊豆守被城兵放逐而献城给织田军，接着信浓松尾城主小笠原信岭、骏河田中城主依田信蕃、骏河江尻城主穴山信君等人争先恐后地投降织田军，使得武田军几乎没有组织化的抵抗就被击败。
3月8日，织田信长亲自出阵讨伐武田。3月11日，信忠占领了甲府，并在甲斐东部的田野处决了武田胜赖、信胜父子，至此武田氏正式灭亡。
武田氏灭亡后，织田信长对武田一族进行了彻底的清算，即所谓“狩猎武田”的信长令。即使是原先表示顺从信长的武田遗臣，也未能逃脱被清除的命运。德川家康与一部分织田重臣难以接受信长的命令，拼命地隐匿武田的遗臣。江户时代以后仍存在的武田相关一族几乎都是在“狩猎武田”时被藏匿起来的遗臣后代。
在最后一次攻打武田时，据传明智光秀因说出“能来到这里，我们的努力也是值得的”而激怒了信长，信长则回应说“你做了什么”，之后对光秀进行了惩罚。关于惩罚的具体细节，有多种版本的说法。此外，织田军在攻打藏匿武田遗臣的塩山惠林寺时，因惠林寺拒绝交人而将其烧毁。当时惠林寺住持快川绍喜临终前所说的“安禅未必须山水，灭却心头火自凉”，至今仍为人们所传颂。
武田氏灭亡后，织田信长在骏河派遣德川家康、在上野派遣泷川一益、在甲斐派遣河尻秀隆、在北信浓派遣森长可、在南信浓派遣毛利秀赖以压制北条氏直，并实施与以往信玄、谦信类似的彻底和平外交政策来保持与北条的同盟关系。此时的织田军团已是无人可敌，织田信长的势力达到了顶峰。
十五、本能寺之变
天正十年（1582年）夏天