另一方，在收到宣战布告后，北条侧火速派人命令各地支城强化防御，充实军备。
天正十八年初，发布大动员令作好迎接武田正信的幕府大军攻击的准备。
北条家重臣们进行讨论商议是守城还是野战，这就是俗称的“小田原会议”。
推行积极进攻策略的是北条氏邦，他提出从富士川和黄漱川出击作战的方案，而松田宪秀则提出利用险要的箱根山做防守的方案，会议结果决定以守城作为战斗方式。
原因是过去北条氏在面临上杉谦信、武田信玄的攻击时都是因为守城而度过危机的，这些事实使北条家有守城的自信。
决定守城的方针后，除防卫据点上的城外，其他所有城的留守全部撤除，将战力集中在小田原，并且征集足够供应五万六千人守城大军的粮食。
但小田原城并不是能一战而克的。武田正信将本阵布于箱根汤本，而德川家康则在小田原以东布阵，以西的是细川忠兴、东野井胜、真田昌幸、前田庆次，岛胜猛等人的阵营。在相模湾了高冈信家，九鬼嘉隆和津田信一等水军众三万人，总兵力共二十四万人。
四月六日，这个大包围网布置完成。以坚固著称的小田原城和强大的丰臣军之间的持久战开始了。
不过，紧张的状态在两军之间渐渐解除了，持久战期间，双方反而显得十分悠闲。
小田原城内，除担当守备者以外，其余休息的人则照常优游嬉戏，下双陆、开酒宴、举行诗歌会。
而包围军方面的武田正信这一方也一样，由于大量人口聚集，吸引了许多商人和女姬前来谋生。一时间在军营后面开设了许多的商店和姬女院。
而各家大名则修建起包含书院和茶室的庞大府邸，在庭院里种植树木和蔬菜。
武田正信更是从京都将市姬，明姬等妻妾接到军中，各大名也将妻子接来，并传来了今井宗久举行盛大的茶会，各大名互相宴请举行歌舞盛会。
但在小田原游山玩水的武田正信并没有松懈，他派遣别动队四出攻打北条家在关东的支城，北条氏在关东的统治基础被摧毁，各个重要防御据点的城池被攻击，松井田城、岩规城、钵形城相继被攻克。
六月二十日，长期抵抗的韭山城被武田军攻克，北条方残余的城只剩下小田原城和忍城。
而在这些重大的打击之后，使北条方战意完全丧失的是六月二十六日一夜城（石桓山城）的出现。这座名为一夜筑成的城，实际上从武田正信在四月六日到达箱根汤本后就开始修筑的。
城址在小田原望的到的石桓山，这是一座巨大的城，南北长五百五十米，宽二百七十米，修建八十日而成。
武田正信将本阵移至一夜城，连夜将城前的树林砍伐干净。
次日，这座巨城就出现在北条军士兵的面前。这是擅长计谋的武田正信的得意之作。
武田正信的奇略有了重大的效果，守城军的士兵突然见到一座巨城出现在小田原的前方。变得人心惶惶，士气低落。
其实武田正信完全可以用火炮轰烂小田原城的城墙，但是这样太无趣了，武田正信就是要展现幕府的实力，震慑其他大名。
北条家臣开始动摇了。而更直接的手段则是对北条重臣松田宪秀的策反工作，虽然由于松田宪秀之次子的告发，北条氏直发现了阴谋而没有成功，但给家臣们的心理造成了重大的影响，北条方开始从内部崩溃了。北条
氏直在无法可施的情况下，在七月一日，向武田军进行开城交涉，愿意自己切腹以换取家臣们的性命，武田正信接受了。
七月六日。号称“难攻不落”的小田原城开城投降了，北条氏五代在关东的支配也落幕了。
向武田正信提切腹自尽的北条氏直，因为是德川家康的女婿而被宽恕不死，流放高野山，北条氏政与其弟氏照切腹。
武田正信的这次小田原之战其成果不仅是将北条氏所控制的关东纳入他的统治，而且还取得了统一天下的另一道门槛——东北平定的胜利。
东北诸大名相继加入武田正信这一方表示臣服。
而作为北条氏政盟友的伊达政宗在天正十八年元月，武田正信命令奥羽诸侯小田原参阵，想趁着扫荡关东的机会，也一举平定东北地区。
伊达政宗口头上答应，却一再拖延动身的时间，自然引起保春院的担忧。
三、四月间，保春院以送行为名，带着竺丸从米泽城来到黑川城，居住在西馆中。
四月五日，伊达政宗来到西馆向母亲辞行，准备次日即动身前往觐见秀吉。
因为家中分裂而耽搁了行程，伊达政宗迟至五月九日才离开黑川城。
此时，关东各地正在激战，他被迫绕道越后、信浓，兜了个大圈子，才在六月五日来到小田原附近的秀吉本阵中。
此时，后北条氏河越、江户诸城已降，钵形、八王子等城也即将陷落，胜负大势已定，这时候再来表示恭顺，不嫌太晚了吗？于是武田正信大怒，准备杀掉政伊达宗，灭亡小田原北条氏后就挥胜利之师北上，完全吞并伊达领地。
天正十九年的二月，伊达政宗才回到米泽城不久，武田正信就攻灭后北条氏，开始奥羽领国势力重新分配，剥夺未能及时参阵的大崎、葛西等大名全部领土。
是年十月，这些家族的遗臣发动一揆。
次年年初，讨伐军总大将田村信秀向武田正信密报，一揆中有人使用政宗的旗帜和指物，并且他还搜获政宗煽动一揆的一封书信。
为此，政宗将涂以金箔的磔刑柱置于队列之首，自己再度穿上死人的服装，上洛向武田正信申诉，表明自己和这件事丝毫也没有关系。
政宗的理由是，虽然那封书信上的笔迹和他的亲笔颇为相似，但是花押完全不同，定是伪造无疑。
此后，伊达政宗使用与早年间完全不同的阴柔功夫，周旋于武田正信及其它图谋天下的人们中间。