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上杉谦信撤围小田原后，北条氏康就积极策划反击。六月初，忍城城主成田长泰因为不满上杉谦信将其控制下的羽生领交换给旧主广田出云守，且自己在上杉谦信继任关东管领的仪式上没有担任重要职务，以自己在镰仓时因为不下马而遭到上杉谦信鞭打受辱为由，再次投向了北条氏康。在成田长泰的影响下，成田长泰之弟武藏骑西城（现埼玉县加须市骑西地区）城主小田伊贺守朝兴、原松山城城主上田朝直、深谷城城主上杉宪盛、下总千叶胤富等也先后倒向了北条氏康。
趁形势朝着有利于自己的方向发展，北条氏康开始向武藏国中依然支持上杉谦信的国人领主发起进攻。他的第一个目标是西武藏的三田秀纲。七月，北条军以由井城城主北条氏康三子北条氏照为先锋，向胜沼城进军。七月三日，上杉谦信接到那须资胤的书信，知道了胜沼城被攻击。由于上杉谦信此时正忙于准备第四次川中岛会战，因此没有出兵支援胜沼城。三田秀纲见形势不利，放弃了胜沼城，退守唐贝山城（现东京都青梅市）。围城战一直持续到九月初，北条军攻克了唐贝山城。唐贝山城陷落后，北条军开始扫荡秩父郡的藤田众。九月二十一日，北条军攻克秩父郡的天神山城，收复了武藏北部。
七月十五日，由于里见义尧“警固深旨”北条军无法增援。坚守关宿城的足利义氏被迫出降，将关宿城让予梁田晴助，自己则经过下总小金城（现千叶县松户市大谷口），移住下总佐贯城（现千叶县富津市佐贯地区）。八月二十五日，足利义氏向涉江弹正左卫门尉和土肥中务大辅两人发出感状，感谢两人在笼城时的战功。在之前的八月二日，足利义氏写信给本愿寺，希望加贺一向一揆侵入越后。
在北条氏康逐次恢复自己在武藏的统治的同时，武田信玄也在信浓积极行动。七月十日，他给加藤丹后守景忠和驹井右京亮两人写信，告之自己已经攻下上藏城（现长野县饭山市），同时越中和加贺的一向一揆也准备侵入越后。
面对武田信玄的攻击，上杉谦信派遣大将斋藤朝信出阵越中，压制一向一揆，同时积极准备出兵信浓。八月二十九日，上杉谦信将斋藤朝信、山本寺定长两人留守越中，长尾政景留守春日山城，自己带着陆奥会津的芦名氏和出羽大法寺的大宝寺氏等人，南下信浓。
九月十日，上杉谦信与武田信玄在川中岛发生激战。这场日后被专门称为“川中岛合战”的细节多出自江户时代的军记物语，无法确认其内容的真实性。其中，上杉谦信在分别在九月十二日、十三日、二十二日授予了本田右近允、色部修理近胜长、中条越前守藤长、安田治部少辅长秀、松本大学和冈田但马等人感状。武田信玄方面，则有九月十日、九月二十六日和十月十一日发出的分别授予松本兵部、上野左近丞和土屋丰前守三人的感状。武田信玄之弟武田信繁战死。而从近卫前久在十月五日给上杉谦信的书状可以知道上杉谦信“自身被及太刀打段”的内容，这可能是上杉谦信与武田信玄一骑讨传说的来源之一。至于双方伤亡，前述近卫前久的书状中提到敌“八千余被讨捕”，武田信玄在给成就院的信中则是“信州出张候之机，趁向遂一战得胜利，敌三千余人讨捕候”。
十月一日，武田信玄出兵西上野，攻打松井田城（现群马县安中市松井田町）。松井田诹访神社的和尚诹访宰相在十月二十九日因“计策之仪”而被授予三百贯领地。同月，北条军在秩父、比企与上杉军交战。十月十七日，北条氏政以在秩父郡作战有功，授予斋藤八右卫门尉秩父郡三泽谷领地二十贯文。十一月，上杉谦信再次越山，进军关东。之后，除永禄七年（1564年）为了救援飞驒姊小路氏而发生的第五次川中岛之战外，上杉谦信和武田信玄两人再也没有在信浓大打出手。斗争的方向转为武田信玄和北条氏康联手在关东抵御上杉谦信的进攻。关东之地自此进入武田、北条和上杉三家争雄的局面。
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