繼任家督
武田勝賴爲武田信玄與其側室諏訪賴重的女兒諏訪御料人所生，爲武田信玄的四子。由於信玄的妹妹武田禰禰與諏訪賴重所生的兒子寅王丸夭折，永祿五年(1562)，勝賴進入高遠城改姓諏訪氏繼承諏訪家，名爲諏訪四郎勝賴。永祿八年(1565)，娶織田信長的養女遠山氏(苗木城主遠山勘太郎的女兒，信長的侄女)爲妻。
永祿十年(1567)11月，生下嫡子信勝後，遠山氏死於難產。永祿十年10月，信玄幽禁中的長子武田義信自殺死於東光寺。因次子海野信親爲盲人，三子早逝，而後面的兒子們又都已過繼給他人，所以武田信玄便將四子勝賴重新召回，立爲繼承人。雖然在甲陽軍鑑裏面聲稱所以武田信玄是認孫兒信勝爲養子(就是立嫡)，在信勝成年之前，以勝賴擔任“陣代”。但實際上考證文書，武田勝賴應是正式的家督繼承人。元龜元年(1569)3月，勝賴離開高遠城回到甲府，複名爲武田四郎勝賴，其後追隨信玄進攻駿河、相模各地屢立戰功，成爲軍中勇將。
天正元年(1573)，信玄病逝，武田勝賴遂繼承當主之位。信玄遺命三年內不發喪，不隨意征戰。家康、謙信等探知信玄死訊後，做了多方試探。九月，家康奪回長筱城，委任奧平信昌爲城主，並將女兒龜姬許配之以示器重。爲了報復，勝賴進攻東美濃諸城，並佔領遠江要衝高天神城。此時的武田家勢力一度超過信玄時代，然而勝賴剛愎自用，一味信任近臣跡部勝資和長阪長閒，也因此與信玄時代穩重的宿老不斷髮生衝突，家內不穩，埋下了失敗的種子。在江戶時代的通說中，武田勝賴是有蠻勇之人，作戰時常常親陷戰陣，讓自己的周邊不斷成爲戰場，然而勝賴畢竟只是個猛將，而不是像他父親一樣的名將。儘管如此，武田勝賴依然得到了來自織田信長的高度評價：“勝頼、信玄にまして、油斷ならず”(勝頼勝於信玄,不可大意)
雄心壯志
武田勝賴也一直有上洛一爭天下的野心，首先在天正二年(1574)攻下織田家的明智城，並於天正三年(1575)出兵攻擊織田信長的盟友德川家奧平信昌據守的長筱城。
其實在三方原之戰後，武田家即陷入於織田、德川和北條這些強大勢力所組成的“武田包圍網”之中，處境十分尷尬。而武田家和織田家的實力也在嚴重分化：織田家的經濟基礎是商業，而武田家的經濟基礎是農業和礦業;商業的增長是資金的積累，而農業的增長是要靠領土的增加，加上信玄時代引以爲豪的甲州金山的金礦儲量不斷減少，武田家不對外擴張的話，也就只有等着被織田和德川蠶食。勝賴並不是那種甘願坐以待斃的君主，唯一的出路就是先吞併當時實力最弱的德川家的三河、遠江地區，然後再尋找機會和織田信長一決高下。勝賴特意選擇了在梅雨季節出兵，就是爲了限制織田家鐵炮的使用，但這個決定需要付出代價：武田家的軍隊主要由農耕兵組成，而當時正處於農繁期，武田家的募兵工作受到很大的影響，只招募到15000人(三方原時信玄共出動45000人);織田家已經實行了兵農分離，軍隊由農民家中的二子、三子組成的傭兵爲主體，並經常進行訓練，其動員力和作戰力自然不是武田家可比的，加上長島一向衆被鎮壓後，此時沒有後顧之憂的信長要調兵遣將，已不像三方原時的捉襟見肘了。
長蓧之戰
5月14日，勝賴領軍從甲府出發。5月30日，在醫王寺山設立本營，6月15日，在攻打吉田城後向長蓧城進軍。6月16日，攻城戰開始。6月19日，武田軍包圍長蓧城，攻打野牛門。6月20日，攻打長蓧城西隅。6月21日，攻落長蓧城城郭，信昌和500士兵堅守不降。6月22日，再次攻打野牛門，至此一切都在勝賴的掌握之中。6月27日，信長親率與
德川家康的聯合援軍35000人在設樂原佈陣，勝賴在得到消息後，留下3000人繼續攻打長蓧城，自己帶領其餘軍隊回王寺山本營。6月28日，勝賴本營移至設樂原的オノ神丘，想在織田、德川聯軍立足未穩時給予致命打擊。與此同時，織田、德川聯軍迅速在陣的兩側設起防馬柵，酒井忠次率4000人奇襲隊向鳶巢山砦進發。6月29日5時，武田勝賴魯莽衝動不聽老臣勸告，決定出擊進行決戰，然而等待他們的是織田家的新武器3000支國友鐵炮。武田精銳騎馬軍團死傷達七千人，幾乎全軍覆沒。勝賴逃回信濃，而武田家老臣名將大部份都抱定了戰死的決心，山縣昌景、內藤昌豐、馬場信房、土屋昌次、真田信綱與真田昌輝等大將戰死。11月21日信長奪回美濃巖村城，秋山信友被殺，武田家受到極大的打擊。
長蓧之戰後，武田家急速衰弱，此後武田勝賴致力於國力的恢復。天正五年(1577)，勝賴娶北條氏政的妹妹爲妻，與北條結成同盟。但天正六年(1578)，上杉謙信猝死，上杉家發生“御館之亂”，謙信的外甥上杉景勝和北條家來的養子上杉景虎爭奪繼承權。氏政請勝賴出兵相救自己的弟弟景虎，而景勝則以黃金一萬兩、割讓一部分土地、娶勝賴的妹妹爲妻建立姻親等條件與勝賴結爲同盟，加上德川家康進攻遠江的武田家領地，使勝賴決定居中調停景勝跟景虎爭端。
勢力衰落
然而在武田軍撤出越後時，上杉景勝旋即毀約出兵，景虎兵敗自殺，景勝獲勝，也使甲相同盟解體，武田勝賴遂與上杉景勝維持同盟，和織田、北條家開戰。勝賴收納上杉景虎派在上野的將領北條高廣，擴大在上野的影響力，並且在天正七年(1579)七月派武田信豐攻下武藏廣木城，跟北條氏政在黃瀨川對峙。天正八年(1580)，武田勝賴在三月於伊豆衝海戰擊破北條水軍，六月時命令真田昌幸奪下北條家的沼田城並消滅了沼田氏，武田勝賴也拿下了膳城、大胡城、山上城、伊勢崎城，還讓真田昌幸在幾年間攻下中山、尻高、 小川、名胡桃、沼田等城池，在八月時和北條氏政在伊豆對峙，天正九年(1581)十月策反北條家的伊豆戶倉城主笠原氏。
然而武田家對德川、織田家的戰事卻不甚順利。天正八年(1580)，德川軍經過三個月激戰，奪回高天神城，守將岡部元信本已取得武田勝賴的首肯而決定暫時投降，不料在織田信長授意下，德川家康故意拒降，使武田勝賴的威信受到重創。
天正八年(1580)，德川軍經過三個月激戰，奪回高天神城。爲防備信長、德川、北條的進攻，武田勝賴令兄弟仁科盛信移居至高遠城。天正九年(1580)12月，勝賴移居至新建的新府城，並以建築新府城爲名，向領地內新徵賦稅，此舉導致武田家凝聚力盡失，人心浮動，不少老臣最後也叛離了勝賴。
最終滅亡
天正十年(1582)1月，信長策反了勝賴的妹婿木曾城的大將木曾義昌，打開了信濃甲府的門戶，武田勝賴爲討伐木曾義昌而再度舉兵;2月1日，勝賴率軍2萬從甲府出發平;12日，信長集中大軍，命長子織田信忠自歧阜城出兵;21日，駿府的穴山梅雪倒戈並投靠德川家，家康向甲斐進發。武田軍在鳥居峽被木曾義昌擊敗，隨後鬆尾城的小笠原信領反叛，飯田城主保科正直放棄了城池逃往高遠城，聽聞飯田城淪陷的武田信廉戰意頓失，亦自大島城出逃。2月18日，德川家康自濱鬆城出發進入掛川城，包圍了依田信蕃據守的田中城，並遣使勸降，依田信蕃於是開城，三枚橋城、興國寺城等駿河城池也在武田家滅亡後歸於德川家。北條氏政則派遣先鋒進入相模和甲斐邊境的小佛嶺與御阪嶺，並在2月下旬進攻駿河東部。2月28日，北條軍攻陷了武田在駿河、伊豆邊境的戶倉城，接著在3月攻陷了位於沼津及吉原的泉頭城等地方。上野方面，北條氏邦對廄橋城的北條高廣持續施壓，並威脅到真田昌幸的領地。勝賴節節敗退，回到新府時只剩下千餘人。
29日，在信領引導下，德川信忠軍包圍了高遠城，途中幾乎沒有遇到什麼抵抗，信忠宣佈解除與武田鬆之間的婚約，並要仁科盛信投降，卻沒得到迴應。3月2日，信忠軍破城，甲斐國內騷動。武田勝賴拒絕真田氏的邀請，於3月3日放棄新府，投奔小山田信茂的巖殿城，織田德川軍緊緊追趕。不料最後信茂也反叛勝賴，勝賴一行轉往上野，部下相繼逃散;11日，衆叛親離的武田勝賴，於天目山田野與妻子及嫡男武田信勝等人一起自殺身亡，享年三十七歲，名族甲斐武田氏嫡系到此滅亡。
後由信玄次女見性院向德川幕府二代將軍秀忠推薦，由信玄次男海野信親之子武田信道繼承武田氏，甲斐武田傳承着清和源氏正宗之名再興於相模伊豆，信道曾孫武田信明後轉封大和郡山國。現甲斐武田家主名爲武田英信。
