謙信。八月十四，謙信命長尾政景統兵二萬留守春日山城，親提大軍一萬六向信濃進攻。翌日，謙信到達善光寺，並留兵三千作後備，主力則繼續南下，來到川中島發現武田主力未到，僅有海津城高坂昌信的二千兵防備。十六日，謙信在川中島南部、海津城附近的妻女山紮營，引誘武田軍圍山，以進行主力決戰。
信玄得悉謙信攻擊信濃的訊息後，十八日由甲斐出兵，路經信濃，並等待信濃諸將參陣，因而耽誤了行軍。六天後，即廿四日，信玄率兵一萬八千人到達川中島。此時，探馬來報：“主公，上杉軍本隊於妻女山頂紮營。”，“妻女山？死地也！”信玄思量道。眾將皆主張武田軍應開往海津城，合兵後包圍妻女山。“上杉軍駐紮死地，恐其有詐，不可輕動。吾軍於茶臼山佈陣，與海津夾擊之。”信玄道，於是武田軍在西北方離妻女山較遠的茶臼山佈陣，與海津城形成犄角之勢，同時也切斷了上杉軍的歸路。
兩軍在千曲川兩岸對峙，眾家臣向謙信進言：“兩軍雖可謂勢均力敵，然吾軍兵力略遜於甲州，請主公調春日山留守之兵加以支援。”而謙通道：“諸公莫慌，寡人自有主張。”言罷，他手擊小鼓，口唱詞歌，一派悠然自得的樣子。“敵不動，吾亦不動。”信玄也按兵不動，密切注意敵軍動向。自廿四日以來，雙方皆無行動，謙信終日把酒歡歌，信玄則靜觀其變，一如蟠龍入淵，一如猛虎在林，不動則已，動則定會撼天動地。
如此僵持下去，終非長久之計。信玄決定拋磚引玉，採用“移營之計”。廿九日，信玄率軍撤離茶臼山，渡過千曲川，往海津城移動，欲引誘謙信出兵。雖然退路已開，但上杉軍卻毫無行動，兩軍再次陷入膠著。由對峙至今，兩軍從未交鋒，進入九月，謙信在妻女山佈陣已二十餘日，不知道他葫蘆裡賣的什麼藥。
九月初九重陽節，信玄於海津城召開軍議：“兩軍對峙已二十餘日，敵始終按兵不動。如此相持下去，恐吾軍糧草耗盡，士氣低落，此次出兵功虧一簣，如之奈何？”軍師山本勘助道：“主公莫憂，臣有一計，可破上杉。”“有何計策？軍師快快道來。”“吾軍可分兵兩路，二番隊統兵一萬二，迂迴行軍，襲上杉側背。未見主公出陣，謙信必心生疑慮，定會退而不戰。臣料想其必避而下山，主公自領本隊八千，埋伏於其必經之路——八幡原，前後夾擊之，謙信可擒矣，此計正如啄木鳥啄樹取蟲之法。”
啄木鳥在捉蟲時，首先在樹幹一側鑿開一洞，然後再飛到對面用喙敲擊樹幹。蟲子聽到敲擊之聲，受到驚嚇，便想逃出大樹。從哪裡逃走呢？嗯，那處洞口正好給它逃脫的道路。可是，當蟲子從洞口逃出來，正想鬆一口氣時，啄木鳥早就等在那裡了，一頓豐盛的午餐啊。山本勘助所獻之計，和這個道理相同，故而此計也得名“啄木鳥戰法”，受到日本後世的極力推崇。
信玄聞之大喜，以馬場信房、高坂昌信、飯富虎昌、真田幸隆四將統領二番隊，自領本隊於八幡原埋伏。當日深夜，武田軍埋鍋造飯，著手準備。午夜零時，二番隊從海津城出發南進，並於途中右轉襲擊上杉軍側背。凌晨四時，信玄率本隊從海津城出發，經廣瀨，渡千曲川，往八幡原一路挺進。
九月初十，清晨七時半，川中島一帶大霧瀰漫，伸手不見五指，信玄正急切等待著妻女山方向的動靜。忽聽馬踏鑾鈴，人喊馬嘶之聲，信玄猜測：“此隊是吾方還是敵方？或許吾方多於敵方？”（記於《甲越信戰錄》）濃霧中軍隊隱約顯現，只見當頭一面大旗，上書斗大一個“毘”字，乃是從妻女山撤下的上杉軍，可是未見二番隊的蹤影，信玄頓時臉色蒼白。原來，初九黃昏，謙信在妻女山遙望海津城，只見炊煙裊裊，卻全城肅然，料到武田軍當夜必有行動。於是，謙信命甘粕景持領一千人留守妻女山，自己親率本隊一萬兩千人搶先下山，夜渡千曲川，於黎明時分趕到八幡原。
信玄忙以魚鱗陣應敵，謙信則布以車懸陣，他將部隊分為多支分隊，輪流攻擊武田軍，令武田軍攻守皆難。武田軍的山縣昌景所部被上杉軍的柿崎景家三百人擊破，節節敗退。謙信見武田軍右翼防守不穩，便命軍隊佯攻之而後詐敗。武田軍右翼的信玄嫡子武田義信果然中計，率部追擊敵軍，卻反受包圍。武田信繁見少主被圍，抱著必死的決心大聲呼喊，以圖吸引敵軍，上杉軍也有士兵認出了信繁，因此多支分隊轉而進攻信繁所部。八十一歲高齡的諸角虎定營救少主心切，率軍攻破義信包圍圈的一角，使義信得以殺出重圍。信繁身先士卒，抵擋上杉軍，雖將敵軍攻勢逐一擊破，但上杉軍輪番進攻，將其漸漸包圍。最後