武田胜赖好不容易杀出重围，在初鹿野忠次的接应下迅速收拢部分败军，发现麾下军势已经折损了四成还多。虽然武田胜赖杀得浑身是血，双目尽赤，但仍然无法扭转战局，其部也不堪再战，只能率残部退往海津城内进行休整。
尽管武田胜赖等人拼死攻防，但武田军仍然丧失了作战的主动权。此时的上杉军已经在谦信和朝定二人的指挥下彻底将武田军所布下鹤翼阵的左右两翼切断。八幡原上剩余的武田军完陷入了上杉军的包围之中。如果再不撤退，很可能会军覆没。
眼看与妻女山向的武田军合流无望的武田信玄，在旗武者奉行今井信昌和下曽根信恒的劝下决心转进，以求再战的机会。武田信玄留下足轻大将众中的原虎吉、初鹿野忠次、菅忠元等将率三千余军势担任殿军以防止上杉军的追击，而自己则是先率领着队的五千军势退入海津城，而后再迅速退回甲斐。其余武田军各部则交替掩护从八幡原撤军。
然而上杉军可不会就此放过武田军，柿崎景家、宇佐美定满、斋藤朝信、色部胜长等将与武田信玄所留下的殿军进行激战，就算武田军的殿军被击溃之后，斋藤朝信仍然奋勇追击，被流矢射伤右目仍然不顾，继续率军追击武田军不停的战斗，在讨死武田家足轻大将初鹿野忠次后才停下追击的脚步接受治疗。而柿崎景家在颈部负伤的情况下也不甘落后，在讨死武田家家臣油川彦三郎信连和安间弘家之后也停下追击的脚步，避免自己孤军深入遭到武田军包围。色部胜长次男色部长实则是在向武田军殿军发起猛攻时讨取武田家足轻大将、土岐郡郡代菅忠元（山县一族）。
与此同时，千曲川北岸朝定的阵内。
“主公，庄武藏介殿、新发田因幡守殿等将的一万大军已经抵达八幡原，随时可以投入对武田军的攻击。”毛利胜广急急匆匆的跑进阵内向朝定汇报道。
“让他们先按兵不动，我在等一个人。”朝定双眼紧盯着千曲川向缓缓道。因为朝定认为此刻并不是最佳发起总攻的时机。
“敌军渡千曲川而来的一万有余，而我军在千曲川北岸仅有八千军势，时间一长绝对毫无胜算。妻女山向的直江大和守殿等将所率的两万大军也被敌马场美浓守等人数千军势拖住，再这样下去······”毛利胜广开始担忧起来。
“禀报主公！敌山田左兵卫尉率甲州郡内众两千五百余军势脱离武田军朝着诹访郡向快速撤退中！”这时，一名使番快步走进阵汇报了一个好消息。
“好！我要等的人总算动了！令庄武藏介、新发田因幡守等将火速朝着敌马场美浓守部发起猛攻，同时令斋藤、山上等将率左右武卫军从防御转为进攻，一举歼灭千曲川附近的两万武田军！”朝定完便站起身来，骑上一匹白马。
“遵命。”毛利胜广随即告退离开前去传令。
仅仅一刻钟不到，由新发田重家担任先阵部队一千五百人皆身着黑衣黑甲，如同魔煞般的出现在了武田军的侧翼。只见新发田重家头带黑色头盔，身穿黑革大铠，跨着漆黑骏马，手持四尺二寸的野太刀，头上的锹形的立物在晨光的照耀下闪闪发光。他大吼一声“随我上！”，率先策马向前，麾下武士足轻也都紧随其后。
“是上杉军新发田的三星纹！”武田军的足轻看到如潮水一般涌来的新发田部不禁胆寒起来。
首当其冲的是武田军信浓先众笔头真田幸隆所节制的信浓先众中的三千军势。只见真田幸隆头带六钱前立，身穿黑系绯打威铠，骑着鹿毛马，叱喝道：“不要退缩！援军随后就到！退缩将是信州武士之耻！”
就当真田幸隆所部的军心稍定之际，新发田重家便已经领军杀了进来。新发田重家手持野太刀，逢人就砍，所向无敌，硬是将真田幸隆部杀得尸山血海。真田幸隆部大乱，麾下足轻、农兵更是躲西逃。等到板垣信安率部前来支援时，真田幸隆部已经死伤惨重不堪再战，真田幸隆长男真田信纲和次男真田昌辉以及信浓先众中塔原幸贞（海野一族）、伴田贞长、海野幸次（塔原一族）、大室政胜（高坂与力）、西条信清（高坂与力，原村上义清麾下侍大将）、山部昌实（高坂与力）、窪村源左卫门等人更是先后被新发田重家部讨取。
秋山信友见新发田重家接连讨死己众多有名武将，为了重振武田军的士气，他便挥舞着两间长的长枪主动前来迎战新发田重家。
新发田重家眼见敌将冲到，竟然毫无惧色，将手中四尺二寸的野太刀一振，抢先砍去。秋山信友仗着手中的长枪长，也不遮挡，猛力前刺，迫使新发田重家撤刀招架。两般兵器相交，崩出数点火星，两马相交，各自朝斜刺里冲了出去。
竟然未能将敌将手中长刀格飞，秋山信友倒是心头一惊，才刚驳转马头，却见敌将又是狠狠一刀，迎面砍来。秋山信友并非仅仅擅长枪术而已，他也是甲信两国之中擅长马术的高手，双腿一夹马腹，坐骑竟然从预想不到的位直蹿了出去。新发田重家一刀砍空，心知不好，急忙回刀格挡，果不其然，秋山信友侧身一枪，正好刺到，被重家奋力拦开。
马打盘旋，连交数个回合，妻女山上、千曲川北岸，众人都看呆了。朝定也在千曲川北岸看着，他却料想不到看似皮包骨头的新发田重家竟然会有这般力气，这般武艺，真是人不可貌相。直江景纲虽然见多识广，但也感惊愕，却及时醒悟过来，随即喝令麾下足轻射箭相助。瞬间，如雨般的箭矢从妻女山上倾泻而下，秋山信友只想着迅速击败来将，好趁机攻入妻女山上，因此过于逼近妻女山，而麾下的足轻、农兵纷纷中箭，狼狈而逃。
秋山信友不敢恋战，大身枪抖个虚招，转身便退。新发田重家不肯相让，催马追去，脑后狠狠一刀劈下。秋山信友将身一侧，这一刀来势甚猛，正中肩膀，砍得他不禁惨叫一声，伏鞍便逃。新发田重家随即率部奋起猛追，接连斩杀武田军中数十人，幸亏知久赖元、座光寺赖近等与力率军前来救援，新发田重家才在武田军面前高呼一声，勒束军势缓缓而退，其人几乎是毫发无损地回到上杉大军之中。
临阵劈伤秋山信友，此阵大大鼓舞了上杉军的士气，与之相对，武田军却受挫后退，主将马场信房以及副将山田虎满等将皆是惊疑不定：“此将是谁，难道是出自后扬北的新发田尾张守吗？”高坂昌信、高坂昌澄父子二人皆不住摇头：“确实是出自后扬北的武者，看其旗指物上的三星家纹，乃是扬北众之一新发田氏，但此人并非是新发田尾张守······究竟是何人呢？”
在新发田重家的猛攻下，真田幸隆部损失惨重只好狼狈败走。随后，庄繁长、穴泽俊光、柴田清正、多比罗友定、永井政实、板屋光胤、丰岛泰赖、妹尾政胜等将率军八千余趁胜突袭马场信房的阵，武田军诸将皆措手不及，丧胆崩溃，最终马场信房为了掩护众人撤退而率马术湛的家臣石和甚兵卫、教来石景末、仓科源九郎、仓科重兵卫等人以寡兵突击上杉军。最后，马场信房在竭力战斗之后被庄繁长所讨死。