1575年5月21日武田军从6点开战至下午2点间，综合《信长公记》及《长筱日记》的记载，总共有五波攻势，第1波为山县昌景，第2波为武田信廉，第3 波为小幡信贞，第4波为武田信丰，第5波为马场信房。武田军并非所有部队都是骑马队，战术应用为步兵先前进，待敌阵出现空隙才运用骑兵突击。

武田军第1波攻势被防马栏栏阻下来后就遭受铁炮的洗礼，损伤相当多，然而随时间流逝，铁炮攻击火力不再，因此防马栏间成为白兵战。

武田军第2波攻势没有像第1波那么积极，联军数度主动跳出防马栏与武田军作战，但皆被击退，而信廉追击至第2道防马栏被击退。

武田军攻势逐渐猛烈，投入赤备队，据《信长公记》及《长筱日记》记载，第3波攻击就冲破第3道防马栏，直逼信长本阵，然而指挥第3波的主将--小幡信贞战死（此处为误记，实际上小幡信贞一直活到1592年，阵亡者为其父），《信长公记》写到是由铁炮队乱枪打死。随后武田军派出第4波突击，朝第3波的缝隙进行突破，《信长公记》提到调动信长本阵的步兵防卫，辛苦的激战终于击退第4波。

第5波马场信房队早在第3波攻击时就迂回绕到联军的左翼去了，而后进入栏内突击佐久间队，羽柴队、泷川队马上调动向马场信房队攻击。武田军终于呈现劣势败退，织田德川联军开始追击。

依照《信长公记》所述武田军的伤亡主要是在落败後遭到追击而落水或迷失在山中，而联军伤亡据《德川实记》所述织田德川联军仅死伤60人左右，但江户时代晚期成书的《长篠军记》则纪录织田德川联军伤亡数千人，但可信度不佳。

天正三年（1575）四月

五日 武田胜赖命上野箕轮城代内藤昌丰动员。

十二日 武田胜赖举行信玄三回忌大法事。借此机会向将士表明出阵三河的决意。

二十一日 武田胜赖起兵15000人，越过青崩巅。德川家康收缩防御，不作任何抵抗，武田胜赖不战而得长篠城（南设乐郡）、吉田城（丰桥市）周围各城砦。

三十日 织田信长完成对一向一揆的征伐，返回岐阜，针对武田胜赖下达动员令。

天正三年（1575）五月

一日 武田军控制北设乐郡、东加茂郡的村庄，完成对长篠城的包围。

六日 长篠城久攻不克，武田胜赖引军撤围，攻略二连木城、牛久保城，并向吉田城进发。德川家康命长子信康率7000人于宝藏寺布阵，负责防守通往冈崎城的道路；自己率领剩下的5000人进入吉田城。

七日 武田军先锋抵达吉田城，德川家酒井忠次、水野忠重、户田左门、渡边半藏等出城与之对战，杀死数百人。后武田胜赖本队到达，德川军退入吉田城依城固守。

十日 武田胜赖弃围吉田城，折返设乐郡，重新包围长篠城。

武田军围城布阵（总数15000人）：

十一日 清晨时分，武田军进攻开始。

十三日 清晨 织田信长军30000人出岐阜城。

傍晚 织田信长在热田神宫泊宿，作战胜祈愿。

夜间 武田胜赖命金山众掘地道攻长篠城，武田军占领服部曲轮与瓢丸。

十四日 织田信长军进入冈崎城。武田胜赖攻打本丸不胜，又接到织田信长亲自到达三河的消息，下令停止强攻。

十五日 凌晨时分，奥平贞昌清点城内物资与人员。长篠城守城士兵仅余七族五老15人、奥平一族14人、其他武将35人、杂兵70人。粮食仅能维持四天。杂兵鸟居强右卫门胜商自告奋勇出城求援。

午后二时许，织田信长在冈崎城召开作战会议，详细说明各部队的部署位置。将决战战场定于设乐原。此时，鸟居胜商到达冈崎城，织田信长告诉他，两日之后大军就将与武田军展开决战。喻其回城传命奥平贞昌持续坚守。

十六日 黎明前，织田信长、德川家康联军38000人从冈崎城出发。

夜间，联军克牛久保城。穴山信君部下捕获鸟居胜商。武田胜赖叫他告诉长篠城守军援军不会

到达，可不料鸟居胜商到达城下后大叫“织田信长大军五万两三日后便回到达。”武田胜赖令士兵将鸟居胜商处以磔刑。

十七日 联军进入野田城。武田胜赖命以箭射书入长筱城劝开城。

十八日 联军抵设乐原。德川家康军于高松山、织田信长军于极乐寺山构阵，并修筑防御工事。

联军布阵情况

织田信长方（30000人）

德川家康方（8000人）

十九日 武田胜赖将家族大将集合在医王寺山举行军议。甲斐武田老臣派与信浓新贵派在会上发生激烈争吵，双方甚至几次想要拔刀在武田胜赖面前斗殴。不过最后武田胜赖还是不顾老臣派反对，坚持与织田信长决战。

深夜 天突降暴雨。武田胜赖认为梅雨季节的雨会持续很多天，在这种天气情况下进攻会抵消联军铁炮优势。于是致书甲斐留守长阪钓闲斋，颇为自信地述说自己必将一战大破织田信长。

二十日 清晨，联军完成防御工事的修筑工作。武田军撤围。除了在鸢巢山留兵两千人之外，其余一万三千冒雨赶赴设乐原布阵，与联军对峙。

武田军布阵情况（根据《大日本战记》记载）

夜间，织田信长为诱使武田胜赖进攻，指示佐久间信盛诈降武田，然而德川家臣酒井忠次提出夜袭鸢巢山砦，断其退路的计划。织田信长予以准许。

二十一日 天未明时，德川方酒井忠次、松平伊忠等率领3000袭击军绕道向鸢巢山进发。

清晨，大雨骤停。设乐原在两天的大雨中早已是一片泥泞。

卯时（6时），鸢巢山砦遭袭。同时，武田胜赖排出鹤翼阵向联军发动进攻，一番手为山县昌景。

7:30前后，松平家忠、天野惣次郎、户田半平攻破鸢巢山砦，讨死武田兵库助信实。小山田昌行、高坂昌澄展开反击，一度获胜，并杀死松平伊忠。无奈后方有海村防线被酒井忠次突破，武田杂兵开始溃逃，高坂昌澄在混乱中战死。长篠城留守队全军覆没。酒井忠次入长篠城，升起标志胜利的狼烟。

9时，山县昌景在突击大久保忠世队九次都未果之后转向德川军侧翼，武田二番手武田信廉上阵。

9:40前后，三番手小幡信贞队五百骑立于织田信长阵线正中，作势要中央突破。四番手武田信丰与小幡信贞会合，内藤昌丰队、真田信纲队、真田昌辉队、原昌胤队则向联军阵地左右翼提前展开攻击。

10时，五番手马场信房从右翼发动进攻，土屋右卫门尉昌次、一条右卫门大夫信龙、穴山陆奥守信君诸队紧随其后。内藤昌丰队1000人突破泷川一益4000人的防线。见泷川一益军溃不成军地后撤，织田信长派出柴田修理亮胜家、不破光治与山冈景隆三队作为接应。

武田信廉队破坏联军中央第一道防马栅栏，但是在第二道防马栅前受阻。

11时，马场信房队700人以四十人的代价突破佐久间信盛队6000的防线。织田信长派丹羽五郎左卫门长秀队、羽柴筑前守秀吉队围杀马场信房。

12时，山县昌景带领小山田信茂队突击柴田、丹羽、羽柴三队，解内藤昌丰、马场信房之危。柴田、丹羽、羽柴队均不能敌，败走。

12:20前后，山县昌景军对德川家康本阵展开进攻。此时山县昌景赤备仅余300人。

午后1时，见织田信长兵力分散，小幡信贞500骑与武田信丰队一前一后向织田军中央阵地展开进攻，小幡信贞队势如破竹，沿武田信廉队路线连破两道防马栅栏，杀入织田信长本阵。

大惊失色的织田信长立即集合后备军以及全部母衣众近10000人绞杀小幡信贞队。同时，已经身负六处伤的山县昌景对德川家康本阵发动第13次突击。

山县昌景一马当先杀入德川家康本阵。此时此刻，战国最强的本多平八郎忠胜英雄般地现世了！他立于铁炮队阵前，指着身穿白糸威具足，头戴金大锹形兜的武将大喝一声：“那人便是山县昌景！”话音刚落，近百挺铁炮一齐瞄准那武士射击。山县昌景当下被打得血肉横飞，终年46岁。

这一事件无疑是整个战役的转折点，当德川军大将大久保忠世将山县昌景的人头高高举起，高叫：“敌将山县三郎兵卫，讨取！”的时候。武田军一下子失去了理智：土屋昌次、原昌胤等将根本不顾大局，带领军队脱离战线，猛冲大久保忠世，想夺回山县昌景的尸体。然而三人先后被联军铁炮击中，当场毙命。本来应该配合小幡信贞的武田信丰队听说山县昌景战死之后立即战意全无，带兵撤出了战斗。作为马场信房队与力的穴山信君也跟着以伤亡过半为由私自撤出了战场。

午后2时，孤立无援的小幡信贞队眼见杀死织田信长无望，便突出重围开始后退。其父小幡宪重在撤退时不幸中弹身亡（《信长公记》误将此人记为小幡信贞）。织田信长趁势命令母衣众发动反击。织田军10000生力军如怒涛般冲向早已精疲力竭的武田军，武田胜赖、武田信廉等武田亲族众大惊，舍弃前线军队狼狈地向凤来寺方向逃窜。见武田军本队动摇，德川家康军也发起反击。联军全线反击的时刻开始了。

午后3时。由于联军反攻以及本阵的撤离太过突然，武田军士气一下子崩溃了。此时此刻，52岁的内藤昌丰早已被淹没在联军的洪流之中。望月远江守信雅、真田信纲兄弟等也一样死的糊里糊涂。放眼望去，整个战场依旧奋力作战的武田军，只剩马场信房以及他身边的20~30名部下了。然而就是这么一些人，却成功地挡住了织田信长大军整整半个时辰。最终，马场信房在猿ケ桥边被杀，终年62岁。

德川方本多忠胜队紧追武田胜赖不放。武田胜赖身边只剩十骑亲随。武田家信玄时代的老臣笠井肥后守留自告奋勇殿后。他孤身一人抵挡本多忠胜队800人，直到眼看着武田胜赖一行人远离之后，才从容赴死（这个人不太出名，所以有可能很多人把他忽略，而将其事迹与马场信房的混在一起）。

午后四时，武田胜赖与土屋惣藏昌恒、初鹿野伝右卫门、小山田兄弟一行等7人安全到达武节城。稍事休整之后经由信浓返回甲斐。

傍晚，联军停止追击。开始重新集合部队检视首级。

关于战果：《武德编年集成》记载：织田、德川联军斩取武田方首级“三千余级”。

《信长公记》记载：“宗徒之侍、杂兵数千讨死”。

《大日本战史》记载：织田、德川联军斩获首级三千余级。

首级检验，此战中武田军战死的有名武将：川洼信实、下曾根源六、同源七（政秋）、同弥右卫门尉（政基）、油川宫内、原昌胤、同左马之丞、岩手左马助、山县昌景、土屋昌次、高坂源五郎（昌澄）、同又八（助宣）、甘利藤藏、高森惠光寺、真田信纲、真田昌辉、根津甚平、浪合备前（胤成）、内藤昌丰、小山田五郎兵卫、马场美浓守（信春）、仁科、冈边、竹云、奥津、和气善兵卫等。

入夜，信长、信忠父子及家康进入长篠城，依次召见立战功的各武将。

二十二日 织田信长军启程回国。

二十五日 织田信长凯旋回到岐阜城。

五月二十四日~五月末：武田胜赖至书与武田家各城城主，言此战之败不足于虑。

天正三年（1575）六月

一日 武田胜赖至书武田信友等人，言此战之败不足于虑。

二日 德川家康攻占武田远江二俣城

武田胜赖的许多有名战将死于这三排枪下，武田胜赖最后逃回他的领地甲斐。

长筱合战是日本历史上火枪第一次在一场战役起决定性作用的大型战役。

武田信玄毕生以顽强敢战的家臣团自傲，他曾经说过，坚城并不可恃，人才才是最重要的——“人は城人は石垣 人は堀”（人是城，人是垣。人是护城河）。经过长筱合战，武田氏无数名将战死沙场，信玄亲手组建的家臣团濒临崩溃边缘，存者无不离心背德，甲斐武田氏就此日薄西山，逐渐走向灭亡。

长筱合战中，织田军的三千人铁炮队运用名为三段击的战术，将三千人分为三组，每组一千人，战役开始时先用第一队射击，入替子弹时则回到后方，轮到第二组攻击，如此类推。这种战术也类似西方黑骑士的半回旋战法。

三段射击说是江户时代的学者所提出。但有一个漏洞：武田军明知前面是信长布下的枪林弹雨阵，为什么仍会冲上前去送死？因此不禁令人质疑其真实性。

还有另外一种三段射击法之说，是三人一组。一个人是专门的射击手，另外两人负责装填弹药。这种说法的来源是《信长之野望12》。

能产生三段击的这么多说法根本的误会在于信长公记的一个抄本上将“铁炮千铤计”加了一个三字，而前后抄本都没有三千铤的记载。

后世所渲染的武田骑兵并非很多，最高估计有三千，因为有研究指出日本地形不适合骑兵战。而且根据武田军编制记录，当时骑兵只占军团一小部分。也有人指出，当时战国时代武田家与北条家比较，“武田骑兵多，北条步兵多”的概念是错的，事实上，北条骑兵比重还高于武田骑兵。简单来说，后世所想“武田骑兵团”是不存在的。

土木工程及湿地是此场战争的胜利关键，特别是防马栏的建构及挖壕沟堆土墙的土木工程阻碍了武田军的大攻势，《甲阳军鉴》记录此战就好像攻城般的困难，由遗迹不难得知。联军于1575年5月18日驻进阵地后的施工因连续几天大雨的掩盖，使武田军以为只是做防马栏，然而联军其实是在修筑城寨，也许是织田军对杂贺家时吃尽铁炮的苦头才想用这招对付武田军。

《信长公记》对于防马栏被突破后都是轻描淡写的记录用铁炮击退，但依地形及土木工程的检证实在是不可能组织铁炮队的攻击。武田胜赖的指挥由《信长公记》来看就好像笨蛋叫军队送死，但由《长筱日记》看来其实是差点就获胜。《信长公记》的记录是压倒性的大胜，而由《长筱日记》的解读过程来看比较合情合理。