隨著上杉軍的正式攻城開始後，步卒、弓足輕、鐵炮足輕等協同作戰，晝夜不息的攻打高遠城。
步卒從城下架起雲梯，使用縋繩攀爬而上，弓足輕與鐵炮足輕則是從各處的箭櫓上不停的向城內進行放箭、開火。
可以說，高遠城的守軍在承受城外上杉軍進攻的同時，還要同時注意防空。而且，箭櫓晝夜都會派人堅守，這些箭櫓上的足輕、武士一旦碰上了值夜班，就不能下塔，吃喝拉撒都在塔上，吐個痰、小個便之類的行為，理所當然地往高遠城裡的武田軍身上招呼。真可謂是胯下之辱。
當然，伊那郡的飯田城、和田城、大島城、船山城等地的守軍也不願坐視高遠城和殿島城的陷落。
青沼忠吉、市川昌信、安西有味、遠山景直等人還是想方設法經山間小道將一些糧草輜重送入殿島城之中，因高遠城被上杉軍包圍的過於嚴密，使得他們無法為高遠城提供任何實質的支援。
武田信玄在獲知高遠城已經被上杉軍團團包圍起來後，自知無力越過諏訪郡前去支援，便遣使至駿河駿府館，請求今川義元經遠江發兵前去支援。
此時的今川義元也看得出來，若是武田家的勢力徹底退出信濃一國後，今川家所面臨的壓力將會更大。
於是，今川義元就立即下令久頭鄉城城主奧山定之、笹峰城城主天野虎景（天野家庶流）、犬居城城主天野景泰（天野氏一門總領）、天方城城主天方通興等遠江諸將召集軍勢前去支援。
然而，眼下不論是武田家還是今川家，其實都無法立即對遭遇上杉軍圍攻的伊那郡諸城進行支援。
因為，即將到秋收之際，若是境內作戰，或是戰事時間不長的話，武田家和今川家的治下領民會積極響應徵召從軍。可他們面對是敵人是上杉家，而且戰事規模不小、戰事時間也不會短，這就讓武田家和今川家的治下領民都不太願意前往信濃參戰。
再加上，今川家先前派往武田領，與武田軍協同作戰的那三千五百餘軍勢更是無一人返回今川領。就讓不少今川家的旗下國人領主聞之色變。
甚至還有自信濃前往遠江、駿河、三河等國的山伏、商人，將部分今川軍武士、足輕被送往佐渡當礦工的訊息傳來。
可以說，先前去支援武田家的朝比奈泰長、松井宗信、勾坂政久、大澤基相等人就是最好的前車之鑑。
故而，奧山定之、天野虎景等人就對今川義元下達出兵支援信濃伊那郡的武田家諸將感到非常牴觸。
儘管高遠城中的秋山信友、內藤昌豐、香坂虎綱等人仍然負隅頑抗著，甚至還打算集中兵力出城將城外的上杉軍箭櫓破壞，但毫無例外的都被上杉定虎打了回去。
加上高遠城中的守軍此刻已然絕望，他們深知自己多半是等不到武田家和今川家的援軍了，總不能繼續跟著秋山信友、內藤昌豐、香坂虎綱等人一塊玩完。
而且，高遠城中的守軍也有一些人與先前向上杉軍投降的保科正俊、山田彌介等人有著一些關係，他們為了自己能有一條活路，便暗中放出箭書，請求開啟搦手門向上杉軍投降。
保科正俊、山田彌介等人深知自己才向上杉家投降不久，人微言輕，不敢擅作主張，便將箭書交給了上杉定虎，由上杉定虎來做出決斷。
而上杉定虎也察覺到高遠城中士氣低落、人心渙散，便安排保科正俊、山田彌介等部負責前去接收搦手門，同時下令其餘各部做好對高遠城猛攻的準備。
天文十八年，九月二十日。
守備搦手門的飯島為政（片切氏庶流）如約打開了搦手門，放城外的保科正俊、山田彌介等上杉軍各部入城。
秋山信友、內藤昌豐、香坂虎綱等人得知三之丸的搦手門有失後，當即率本丸、二之丸的守軍前往搦手門，意圖將搦手門的控制權奪回。
可此時的上杉軍已經如同黑色潮水一般不斷湧入了高遠城的三之丸中，秋山信友、內藤昌豐、香坂虎綱等人寡不敵眾，在萬般無奈之下只得放棄三之丸，退入二之丸收攏敗軍繼續堅守。
但此時的上杉定虎卻並不打給秋山信友、內藤昌豐、香坂虎綱等人繼續堅守的機會。隨著她的一聲令下，上杉軍就在搦手門易手後，開始對高遠城的各個曲輪發起了全方位的猛攻。
即便秋山信友、內藤昌豐、香坂虎綱等人再驍勇善戰，如今也是無力迴天。
其中，原府中長尾家猛將村山直義、渡邊綱景、荒川伊豆守等人更是冒著箭雨、落石、滾木等攀上雲梯，率部一同攻入了高遠城的二之丸和堪助曲輪之中，將二之丸、堪助曲輪中的箭櫓、長屋紛紛點燃。
還在二之丸奮戰不息的內藤昌豐在發覺二之丸、堪助曲輪的箭櫓皆被點燃而冒出濃濃黑煙後，頓時心慌起來。
還沒等內藤昌豐回過神來，大河戶忠繁就殺到了他的眼前。
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