空荡荡的大广间后只觉得自己胸口一闷，瞬间从口中吐出大量鲜血，同时他的双眼还在直冒金星，耳朵也在嗡嗡直响。随即河原纲家（河原隆正三男）、木村土佐守（真田信纲家臣）等人纷纷上前扶住真田幸隆。然而，真田幸隆就算输光了家底仍然打算在砥石城内负隅顽抗，他已经把身家性命都赌在了武田家的身上，如今早就没有了退路，若是选择投降上杉家，那么在甲斐的真田信尹等子女将会死于非命，而且他眼下并不甘心就这样投降。真田幸隆有着一名信州武士的尊严和一名智将的荣耀，他就算站着死也不愿苟且偷生，随后他便激励城内仅剩的百余人做好笼城死守的准备，决定与砥石城共存亡。
另一方面，由于庄田定贤、长井为实、岩井信能等将因过于深入武田领的腹地，遭到市川等长、弥津信忠（武田信虎女婿，武田信玄义兄弟）等信浓先方众的反击而败走，庄田定贤为掩护长井为实、岩井信能等将后撤而战死。
内藤昌月、山县昌满、望月信赖等将在面对数倍于己的上杉军无力突围，只好抱着败战的必死觉悟下，率今福有清、浅利信种、曾根七郎兵卫、土屋昌次等将，在上杉军侧翼突袭宇佐美定满、大熊朝秀、长尾景连、长尾景亲等上杉主力部队。
内藤昌月、山县昌满、望月信赖随后在枪林弹雨之下展开突击，随后武田军竟然一路接连击溃大熊朝秀、长尾景连、长尾景亲等部，在不顾上杉军猛烈铁炮、弓矢的集火下长驱直入到上杉军后备，压逼谦信本阵与谦信麾下旗本众展开死斗。望月信赖与回防上杉军本阵的小岛贞兴、松本景繁等将展开激战，混战之中，望月信赖被小岛贞兴所讨死，武田军的攻势随即受创并且开始混乱，上杉军趁势展开反击。苦战代价之下，上杉军先后击溃了内藤昌月、山县昌满、望月信赖等部，在武田军败走后，八幡原上堆满了山县、内藤、望月等部退败的武田军尸体。
同时，上杉军的山浦国清开始进行掳获的武田军旗帜、差物的识别。在铁炮、弓矢的援护下太田资正部、小山朝幸部、甘糟景持部与一条信龙等部拼命缠斗。
内藤昌月与山县昌满二人在得知武田信玄已经率本队部分军势安全撤出八幡原后便率二十余名骑马武士返回战场突入正在追击的上杉军中。内藤昌月用长枪挑落四、五名上杉军的骑马武士后，却被上杉军的太田资正麾下铁炮足轻所击毙。而山县昌满则是在突围无望，部众伤亡殆尽后于广濑渡切腹自尽。
由于得不到足够增援还在奋战的武田军各部最终一败涂地，而武田信玄在离
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