也就在武田晴信仍对砥石城发起猛攻的同时，村上义清却留下少量军势用于牵制川中岛以南倒向武田家一方的清野清秀、寺尾重赖、香坂安房守等人，自己则是亲率两千五百余军势南下驰援砥石城。
而此时，山本勘助在调略真田幸隆失败后，并没有直接返回甲斐踯躇崎馆，而是在打探到武田军本阵所在地后，就直接前往，并劝谏武田晴信尽快退兵。
正所谓当局者迷，旁观者清。
武田晴信或许看不清眼下的事态发展，可山本勘助却用一只独眼看得是清清楚楚。
在山本勘助看来，尽管村上家于佐久郡遭到重创，可并不代表村上家就毫无反抗之力。不仅村上家家督村上义清之勇在信浓一国之中更是数一数二的存在，而且还获得了上杉家的支持。若是武田家不能迅速将村上家击败，那么后果将不堪设想。
然而，武田晴信此刻却开始犹豫不决起来。
因为，武田军已经接连阵亡了小山田信有、小泽式部少辅等诸多郡内众有力武将，伤亡人数更是达到了近千人。若是就此放弃攻城并后撤，那武田家中之人将如何看待武田晴信？
可就是武田晴信的犹豫不决，却给了村上义清一个内外夹击武田军的最佳时机。
等到武田晴信被武田信繁、穴山信友、山本勘助、诸角虎定、加藤虎景（上野原众旗头）、驹井政武等人说服，并准备率军解围后撤之际，遭到了村上军的突袭。
原先笼城死守的山田国政、矢泽总重、大月宗房、乐岩寺雅方、布下仁兵卫、小岛五郎左卫门等村上家家臣也趁机率军主动出击，与村上义清对武田军进行两面夹击。
猝不及防之下，本就因久攻不下砥石城而士气低落的武田军更加慌乱起来。
村上义清深知麾下兵力寡少，不一定能全歼来犯的武田军。于是，他就略施小计——派遣一名骑马武士高呼“村上家胜了”，设法造成武田军军心动荡。
尽管横田高松、原虎胤等武田家足轻大将众一度击退了室贺满氏、大月宗房等村上家家臣的攻势，但此刻的村上义清却率马廻众直冲武田军的本阵。
为了能让武田晴信逃出生天，小山田弥七郎（小山田信有庶子）、横田高松、小尾丰信、日向是吉（日向昌时）等将就主动担任殿军，与疯狂追击而来的村上军展开血战。
经过武田军殿军各部的拼死抵抗，他们总算以自己的生命为代价，换取了武田晴信能脱离战场并逃回甲斐的宝贵时机，也让武田晴信好不容易捡回了一条命。
但与之相对的，武田军殿军各部却被村上军全歼，自小山田弥七郎、横田高松、小尾丰信、渡边出云守（渡边伊豆守）、日向是吉等诸多有力武将以下一千余人被讨取，而村上军的伤亡不过两百余人。
算上先前攻打砥石城阵亡之人，此次武田家伤亡人数更是高达两千五百余人。
短短数年时间里，武田晴信在村上义清手里已经惨败两次，不但没有顺利夺取村上家治下的小县郡、埴科郡、更级郡等地，反而是崩掉了一口钢牙。