無奈下，幸隆心生一計，言己病重，是以欲出奔外出尋醫。
長野業正聞之，使人急忙快馬趕到幸隆宿所為幸隆辭行。傳業正言道：“這樣不行。這樣不行。
殿之疾，今次為勞疾所致，非尋常藥可治。況且翻越甘樂峠尋找名醫亦一日兩日可達之事。
”言罷，使者奉上業正所贈的多匹好馬。幸隆聽完甚為感動。不過，還是以平素的方式招待了使臣。
幸隆道：“煩勞轉告業正殿。此次之疾並沒有我預料中那麼嚴重，短時間內想來不至於惡化，讓業正殿擔心了。”並且，他還答應，一旦病體康複，立即回來。
然而，就在當晚，幸隆一行離開箕輪城便直奔武田領而去，直到下仁田領內方才停下。隨後，其妻兒、家仆，家具也陸續到達。
幸隆不告而別的計劃算是成功了。可是，正當真田幸隆鬆氣之時，不可思議的事發生了。誰也想不到，就在真田幸隆一行前腳剛剛來到下仁田，長野業正的使臣後腳緊隨其後便追來了，並將業正的一封親筆信轉交給幸隆。
真田幸隆連忙打開。在信中，業正寫道：“甲斐武田信玄，年輕有為，潛力無限，乃當世名主也。君往投之，定可盡展所長。然，箕輪業正尚在一日，料君上難越碓氷川而牧馬。”
此時，真田幸隆終於恍然大悟。原來他的一舉一動，早在長野業正的意料中。業正明知其將投武田家，卻以駿馬相送。
幸隆歸順武田後不久協助武田家攻打佐久城，接著亦參加不同規模的戰爭。根據《甲陽軍鑒》記載，幸隆亦參與過上田原之戰，當時的身份是板垣信方的協備。
1550年幸隆向晴信提出攻打砥石城的請求，晴信親率大軍進攻砥石城，但遭到村上義清的頑強抵抗，大敗而歸（砥石崩）。
不過根據《白高齋記》記載，翌年1551年5月26日，幸隆運用智謀僅一天的時間就占領了砥石城，使村上義清實力大減。
1553年當武田軍攻陷村上義清的葛尾城後，義清逃往越後，幸隆終於恢複舊領。
1559年晴信剃發出家改名信玄，幸隆亦跟隨信玄出家，法號一德齋。在武田信玄和上杉謙信的五次川中島合戰中，真田幸隆成為了前線的重要人物。第四次川中島合戰亦參戰，嚐試突襲上杉軍本隊。
1563年9月出兵攻打上杉家的岩摫城，但城主齋藤惠廣死守。幸隆則勸誘了惠廣的外甥彌三郎並且取得成功，10月攻克岩摫城，惠廣逃亡。
1565年在海野氏和常田氏的協助下，攻占了嵩山城。真田氏將岩摫城作為軍事據點。
1566年武田信玄親征箕輪城，長野氏滅亡，而幸隆因念舊主恩惠，收留了部分長野氏遺臣。
1567年因生病的關係，將家督繼位給長男信綱。由於武田家和今川家的關係出現斷裂，武田信玄開始入侵今川氏統領的駿河區域，幸隆派遣了三個兒子出陣。
晚年留守吾妻郡，力拒上杉氏的入侵，尤其是白井城，1572年幸隆派領軍隊成功占領，但在1573年上杉軍趁信玄西征未歸時攻占了白井城。