在永禄四年（公元1561年）爆发，是五回的川中岛合战中最激烈和悲壮的战争。说到川中岛合战中，很多人想起谦信与信玄的对决那一幅绘画，但实际上，第四回川中岛合战，是战国史上最具代表的激战的，而且两位在战略和行军调配上，都是平分秋色。以下是第四回川中岛合战的概说。
　　永禄四年六月下旬，谦信从关东退兵归来，与此同时，陆奥会津的芦名盛氏和出羽的大宝寺义增的援军来到越後。在同年八月十六日，谦信命长尾政景为春日山城的留守大将，而谦信亲率一万六千大军向信浓进攻。而另一方面，武田信玄得悉上杉谦信的攻击信浓消息後，率领一万八千大军援助海津城的防备，向北信浓进发。该战的经过是，在同年九月十日，两军在川中岛爆发激战，上杉谦信占领妻女山为本阵，与武田军的海津城对峙，在九月十日早上，上杉谦信率兵渡过千曲川向八幡原与武田军对决。初时，武田军陷入苦战，但是得到武田别动队的支援，在侧翼攻击上杉军，使上杉军陷入劣势，最後往善光寺撤退。此战过後，武田军的大将武田信繁、山本勘助、诸角虎定、初鹿野源五郎、油川信连和三枝守直等的有名武将皆被战死，使武田军元气大伤。
　　上杉谦信在九月十三日，在军中论功行赏，并感谢诸将在是次战役上的奋战，虽然上杉方的亲族在战争中战死，但亦杀退了武田军数千士兵而荣感大胜，在此一生也忘不了有功之将的名誉与忠节，并且赏赐金钱予有功之将。而信玄在十月十一日，在土屋丰前守的感谢下，得到谦信的部份势力范围，武田信玄领有水内郡和田城和长池城的二百多贯的土地，而整合战争中的利益，武田信玄是实质的胜利者。
　　接下来是彻底研究第四回川中岛合战的内容情节，最先出兵的上杉谦信在八月十四日将二万留守部队在春日山城作防守之用，而谦信亲率一万六千大军在春日山城出发，翌十五日，到达善光寺，并且将三千兵留守作兵站基地，作日後退兵和补给的支援，而主力部队则继续南下，翌十六日，在川中岛南部的妻女山建立本阵，而在东北约三公里便是武田信玄的海津城，由高坂昌信的二千兵防备著。上杉谦信的布处的主阵，深入武田领内的地方，并且邻近敌方的海津城，其大胆作风与谦信格格不入，於是引起了不少史学家的怀疑。而且上杉谦信在这次的战争中，可动用的兵力十分充裕，只派出一万三千大军作战场上的运用，看来是胜券在握，而且在後方的补给线中，亦确保了川中岛北部往越後的路线畅通，使谦信大胆地深入敌方阵地，假若武田军在海津城出兵包围妻女山的上杉本阵，上杉军将陷入危险之地，而根据一般的常识战略思考是令人无法理解谦信的行动，而可以解释谦信的这种背水一战的军事行动是藉这个因素，将计就计，诱导信玄大军包围其本阵，接著来个突击，反包围武田信玄的大军。而另一方面，谦信出兵的情报传到信玄，武田信玄在同年八月十八日由甲斐率兵出发，路经信浓，并等待信浓诸将的参阵，使行军延迟。六日後，在八月二十四日，兵力达一万八千大军在妻女山的西北方约八公里的茶臼山对阵，武田军原定往海津城进发，接著集合全军包围在妻女山的上杉本阵，但恐上杉谦信是早有预谋，所以在距离敌阵较远的茶臼山布阵，并且可以截断上杉军的退路。
　　两军在千曲川的对岸对峙，战况如箭在弦，在军情紧张的时候，在上杉主阵中，不少重臣曾向谦信进言，提出调配在春日山城的留守部队的支援，而谦信的态度则悠然自得，没有理会这种要求，并且拿起小鼓，朗诵起诗词来，显得谦信一脸泰然自若。谦信的沉默不动的对峙，使信玄亦抱著同样的态度来注视上杉军的动静。信玄与谦信的对阵，双方的士兵充满著积极的士气，只需其中一方先动，战果可能已经不同，但信玄在川中岛的布阵来说，已经是包围之势，加上已掌握上杉军的补给和退兵路线，所以并不怕谦信的计谋。两位勇谋兼备的主将，在以往的对战中，深知对方的动静，大家抱著敌不动、己不动的心态，由八月二十四日以来，双方并没有作出行动，而战况却紧张迫切，其中一方难免捱不住而主动出兵。最终，武田信玄在八月二十九日作出行动，撤离茶臼山的本阵，渡过千曲川，往海津城移动。信玄的行动，无疑是打开了上杉军的补给和退兵的路线，而信玄的作战计划是引诱谦信率兵行动，并且在上杉军的侧翼攻击下去。虽然退路已开，但上杉军却没有任何动静，没有主动出兵维护补给和退兵路线，好像在等待时机来临。战事再陷入胶著状态，由对峙至今，两军没有任何冲击，而时间亦踏入九月，谦信在妻女山布阵至今已经二十馀日，在兵粮短缺下，士气渐渐衰减，这种情形持续下去，将对上杉军不利，最终迫使上杉谦信踏出第一步。
　　在九月九日，重阳节的当天，武田信玄为了制订战略方案，於是在海津城召集诸将开军事会议，最早发言的是勇将．饭富虎昌，他说：“我军在兵力和军事布处上都是比上杉军占优，如果害怕谦信的计策而不采取主攻，将会被一众家臣嘲笑，所以应该在一刻钟後，主动攻击上杉军。”饭富发表後，马场信房亦提出相同的论调，他说：“长时间的对峙会影响军士的士气，而且越後的补给线和援军将会到达敌方阵营，应速战速决，振奋军心。”信玄面对著群臣的意见，他何尝不曾想过，但问题是具体的战略是否依照著包围攻击，但这样的常规战略会被上杉谦信察觉。在信玄苦恼之时，信玄的军师山本勘助打破沉默，向信玄提出以下战略，他说：“兵分两路，先派遣别动队迂回行军，在上杉军的背後发动奇袭，迫使上杉军往川中岛逃走，而主力部队则在川中岛迎头痛击上杉军，使两军前後夹击，方为有效地消灭谦信军。”这就是被後世推崇的“啄木鸟战法”。并且在明早六时左右，为合战而作准备。武田信玄对山本勘助的计谋反覆思量，认为是先制攻击的最佳方案，并且对计划充满信心，势将上杉军击破。在九月九日深夜，武田军开始准备计划上的内容，并且等待黎明前的时候来临。
　　准备奇袭妻女山的别动队由高坂昌信为主将，马场信房和小山田信茂为副将，率领一万二千大军在午前零时从海津城出发南进，并且在途中转右，向上杉军的右翼进攻。而信玄亲率其馀的八千士兵往川中岛迎击上杉军，在午前四时，从海津城的往广濑出城，渡过千曲川，往八幡原进发。在这次的军事行动中，根据的战略上，“啄木鸟战法”存在著一个大疑问，就是一万二千大军在妻女山发动攻击，由于军队列队很长，如果要在同一时间一起发动攻击，是没有可能。加上别动队的目的是攻击上杉军的士兵，使他们往川中岛方向逃走，上杉军必然会留下三、四千士兵来抵御突袭，其馀八、九千的主力部队则会向川中岛逃去，而依照常规战术中，在深夜里，一万二千大军要在山中达到以上的作战的目的，基本上是非常困难的。而且还有另外一个异说是谦信的一支部队在茶臼山驻守，实际人数不明，假若茶臼山的西方部队增援上杉主力部队，如果是这样的话，东面的信玄主力部队被上杉军夹击，武田别动队未必能够赶赴战场上支援，那谦信的包围将会使武田信玄的主力部队败阵。如果当初武田军能够掌握上杉军的补给路线，用包围网战术，足以令上杉军败阵。熟知地势的山本勘助究竟他的策略是否和计划上一样，那的确令人商榷，但这都是异说，并不是史实的全部。但是上杉谦信早知道信玄的计划，并且提早率兵下山！按照计划而定，信玄的计谋使谦信难以察觉，究竟是那里出现问题呢？一般说法是武田军在准备战事前，为士兵充饥，海津城内升起炊烟，使谦信识破了信玄的突袭计划而提早拔营下山。上杉的哨兵道：“信玄的今夜行动将以兵分两路，一队在妻女山发动袭击，一队将在八幡原封断我军的退路。”获悉消息的谦信迅速地作出行动，向士气低沉的士兵说了鼓舞的话：“时机已到，我们要杀出重围，返回家乡越後。”士兵听罢後，马上重拾士气，而上杉军能在深夜中撤兵而不被武田军发觉，是用纸制武田军的旌旗来欺骗武田军，於是在九月十日午前二时，在敌军的密布下，一万二千大军浩浩荡荡地下山，然後渡过千曲川，往八幡原进发，而上杉谦信调配甘粕近江队一千兵留守妻女山。在此同时，武田军主力部队已经在川中岛等待上杉军的来临，而武田别动队亦准备攻击妻女山的上杉军，战事随即爆发。
　　决战当日在九月十日早上开始，在川中岛一带泛起一阵阵的浓雾，在浓雾之下，武田主力部队正在等待别动队攻击妻女山的消息，而作战计划亦准备在午前六时攻击上杉的军队，但是妻女山的消息却没有，而合战的时间越来越迫近，使原定的计策也起了变化，因此令信玄产生不安，更使武田军带来不安的情绪，突然传来不明军队的人和马声。根据《甲越信战录》：“千曲川的浓雾，视线朦胧，伸手不见五指，武田方以守备状态固守主营，突然，听到人和马蹄，信玄听到之後，并且猜测是谁的军队，是我方还是敌方？信玄深思熟虑後，但许是我方多於敌方。”上杉军察觉到信玄的隐匿位置，藉浓雾之间，使武田军难以辨别是我方还是敌方，上杉军的迫近，使武田军迷惑起来，究竟是别动队袭击已经成功？或是上杉谦信洞识啄木鸟战法，避开袭击，朝向武田主力部队攻击？眼前的大军突然转变阵形，信玄乍然发觉是妻女山的上杉主力部队，上杉军的压迫却使武田信玄惊愕不已。根据《甲越军记》记载，描写了当时的情形：“此时此刻，究竟是谁的大军到临，它的威势使上天降下雷电，使大地涌出热雾，其行动俨如天魔，使雄赳赳的武田勇猛将士们，顿时显出惊慌的脸色，这情形也使诸军站不稳来。”在一瞬间，武田信玄也显出狼狈不堪的脸色，看来对阵的时刻提早来临，上杉军以车悬之阵对峙，信玄看到之後，命令诸将们改变阵形迎击上杉军，信玄大喊：“准备，鹤翼之阵！迎击！”武田军转变了鹤翼阵形，随即不断地横向扩展，形成了包围上杉军的阵形。实战经验丰富的信玄瞬间作出判断，使武田军在士气低落下，作出适当的布置阵形，使武田军的士气鼓舞起来。
　　另一方面，上杉军的“车悬之阵”以车轮旋转的动态，全军作出圆形的转动，然後每支部队则轮流攻击武田军，令到武田军陷入攻非攻、守非守的劣势。近来史学家质疑上杉军是没有可能运用了车悬之阵作战，质疑一是上杉军刚从妻女山下山往川中岛推进，以纵形的列阵行军，并立刻在八幡原改变阵法，施以车悬之阵连番进攻武田军，对於上杉军来说，“车悬之阵”是新式战法，上杉军在训练该阵法上仍然是新手阶段，要连番进攻武田军，并使武田军陷入劣势下是非常困难。质疑二是根据《甲阳军鉴》记载，武田军的兵种布阵上，并非以骑兵布置，而是每队都以枪兵为前列，铁炮队为中列，最後才是骑兵队。以上杉谦信的优秀军事战略的智识，以车悬之阵能够成功击破武田军的鹤翼阵，机会率是颇微。但是为什么上杉军仍然以压倒性的优势攻击武田军？原因是武田军估计不到上杉军洞识他们的隐匿行动，并且迅速攻击武田军，使他们措手不及迎击，失去了主攻的优势。根据《武田三代军记》记载，最早的冲突是上杉军的杮崎和泉守的二千部队先攻武田军，而武田军的山县昌景和内藤昌丰防守著其进攻。另一说是杮崎队进攻武田信繁，然而信繁抵挡不住杮崎的突击，最终使两军亘相攻击，开启了史上最悲壮的川中岛合战，此时为午前七时半。
　　战斗的开始，占上风的上杉军慢慢向前推进，山县队与杮崎队的对决，杮崎三百兵的奋战，击破山县队的攻势，令到武田军不断向後退，上杉军的其中三队部队正在武田信繁部队面前，信繁抱著必死的战意，抵挡著上杉军的攻势，而信繁的部下纵使受伤亦极力奋战。信玄此时向诸将说出振奋军心的讯息：“诸队必抱著战死沙场的决心，纵然别动队不能救援我们，但也要奋战到底，愿我们能取胜。”而攻击妻女山的别动队却遭到甘粕队的拖延，使合击上杉谦信的受到极大的阻碍，在信繁与上杉军亘相攻击时，其中一支上杉部队在大雾中辨认了武田军大将是信繁，并高呼武田信繁的位置，其馀的上杉部队听到後，向著信繁部队进攻。而武田信繁则马首是瞻，向上杉军突击下去，其英勇奋战将上杉军的攻势逐一击破，但是上杉军的攻势一波接一波，最後信繁部队亦渐渐被包围，而诸角虎定支援信繁，更在他面前迎敌，最终他和武田信繁相继被上杉军讨死，武田信繁和诸角虎定战死的消息传到本阵後，武田信玄悲痛不已。山本勘助明白此战是啄木鸟战法的失败导致而成，令到武田军陷入苦战，勘助抱著战死的觉悟，为此战的失败负责。而原隼人佑昌胤察觉到勘助的动态，并劝阻他的行动，但勘助没有理会，然而立刻杀入敌阵，踏上战死的命途。而根据《武田三代记》记载著勘助的结局是“山本勘介晴幸入道道鬼斋，今日的战术被识破，我方诸将各一迎敌而被讨死，而我们正等待西条山（妻女山）先方的归来，痛定思痛，决定策骑深入敌阵，前後左右都是敌军下，勘助杀伤敌方七名骑兵，杀死敌方十三名骑兵，最终被敌军讨死。”
　　武田主力部队在川岛与上杉军激战中，在妻女山的别动队被甘粕近江部队拖延时，从川中岛方向传来两军亘战中干戈发出响亮的声音，别动队听到之後，高呼呐喊之声，振奋军心，并奋战不懈力求突破，而甘粕近江部队的一千兵顽强抵抗下，最终别动队成功突破攻势，朝向主战场进发，最後，在上杉军的侧翼猛烈地攻击下去，此时为午前十时至十一时之间。一面倒的战况突然间完全逆转，武田主力部队在别动队攻击下，全力反击，在激战之间，初鹿野忠次、油川彦三郎信连、安间弘家和三枝守直的勇将相继相战死，幸运地，武田军猛烈反击成功了，迫使上杉军往川中岛北部撤退，而在这一时间，信玄对谦信的一骑讨传说则应运而生。而山县昌景、穴山信君和其中三支信玄直属部队追击上杉军，最後，长达二十多日的对阵中，在双方的激战和死伤不计其数下画上句号，整合两军的损伤数字，武田军战死者四千六百三十名，负伤者九千五百名，上杉军战死者三千四百七十名，负伤者九千四百名，第四次川中岛合战的激战过程中有著不少的疑点，如：上杉军的主阵西条山是否妻女山？或是另一个西条山？别动队的攻击是否如计划上可以发挥？武田信繁是否为武田义信的擅离职守导致战死？一骑讨是否真的？等等的疑点在这篇文章内解答了不少答案，然而有些疑问仍然在日本史学界不断争议中。但不能否认，川中岛合战，在武田信玄和上杉谦信上，是必要性发生，因为两者在战略思考上，武田信玄和上杉谦信都具有一定的隐藏危机，处理稍为不慎，将导致计划泡汤或是家族灭亡的结果，无容疑问下，第四次川中岛合战是战国史上最激烈和悲壮战争之一。