希望强化自身权势的义辉决定通过调停武田和上杉的矛盾以换取上杉谦信对自己的支持。
任侠好义的上杉谦信表示愿意尊奉幕府的命令以换取天下安宁，武田信玄则以幕府承认其为信浓守护作为交换条件而与上杉谦信讲和。
此后上杉谦信赶赴京都面见足利义辉并获得后者对自己就任关东管领的支持。
幕府主持的和平协定墨迹未干之时武田信玄就出兵北信浓，当越后上杉家和幕府责问其违背协议的原因时他理直气壮地反驳：
“本人作为信浓守护有权驱逐领地内的入侵者！”
永禄四年上杉谦信南攻北条氏康，此前武田信玄曾与今川义元、北条氏康缔结三方盟约，因此北条氏康向武田信玄求助。
武田信玄决定采取围魏救赵之策：不去直接解救北条，而是再次出兵北信浓的川中岛并在此建海津城作为据点。
当年八月十五上杉谦信被迫将部队从和北条对峙的前线调往川中岛，双方第四次（也是资料中最激烈精彩的一次）对决即将拉开序幕。
据说此战中武田家的军师山本勘助提出了“啄木鸟战法”：
啄木鸟在捉虫时在树的一边敲击，受到声音惊吓的虫子就会从另一边逃出，结果被早已守候在此的啄木鸟逮个正着。
山本勘助这一计划正是模仿啄木鸟的行为：
武田军兵分两路——一路组成大规模的机动部队绕到上杉军的背后；
当上杉军从正面躲避攻击时埋伏在正面的武田军本阵就配合夹击。
九月九日深夜高坂昌信、马场信春率武田家机动部队12000人向上杉军驻扎的妻女山进发。
信玄则率本阵排成鹤翼阵型在八幡原布阵。
上杉谦信一直在观察武田军的动向，如此大规模的兵力调动自然瞒不过他的眼睛并且他敏锐地意识到了武田军的真实意图。
于是上杉谦信命令全军偃旗息鼓，人衔枚马裹蹄，下了妻女山并在夜色掩护下渡过千曲川。
除了留下1000人看守渡口以防备武田的机动部队外，上杉军的主力悉数抵达八幡原。
当第二天的晨雾渐渐散去时坐镇本阵的武田信玄赫然发现：
上杉军并不是被自己的机动部队赶进了自己布好的口袋，而是面对面出现在自己的本阵前。
这下武田军上至将领下至士兵一片愕然——他们知道“啄木鸟战术”失败了。
这时上杉家的猛将柿崎景家为先锋排出“车悬”之阵——各部队配置成车轮状轮番攻击。