信武の子の代で武田氏惣領家は3家に分かれた。甲斐武田家・安芸武田家・京都武田家がそれである。

甲斐国は鎌倉府の管轄であったが、室町時代の応永23年（1416年）に鎌倉府で関東管領の上杉氏憲（禅秀）が鎌倉公方の足利持氏に反旗を翻し、上杉禅秀の乱が発生する。武田信春の子である武田信満は甲斐守護を継承しており、信満は女婿にあたる禅秀に味方したが、幕府の介入で禅秀は滅亡し、信満は鎌倉府から討伐を受けて自害する。

これにより甲斐は守護不在状態となり、甲斐国人である逸見氏が鎌倉公方・足利持氏の支持を得て守護職を求め台頭した。一方、室町幕府では高野山で出家した信満の弟である武田信元を還俗させ、信濃守護・小笠原氏などに助力させ甲斐へ派遣する。第6代将軍・足利義教の頃には永享の乱で鎌倉府が衰亡し、信元の死後に信満の子の武田信重が同じく幕府の支援を受け甲斐へ派遣されると、結城合戦で功績を挙げ再興のきっかけをつかんだ。
戦国時代

信重の復帰以降も国内の有力国人や守護代である跡部氏の専横や一族の内紛、周辺地域からの侵攻に悩まされたが、16代信昌の時には跡部氏を排斥して家臣団の統制を行い国内を安定化に向かわせるが、後継者を巡り内乱となる。

18代信虎の頃には国内はほぼ統一され、甲府に躑躅ヶ崎館を建設した。更に積極的に隣国である信濃国に侵攻して家勢を拡大し、19代晴信（武田信玄）の時には大名権力により治水や金山開発など領国整備を行い、信濃に領国を拡大した。信玄は隣国の今川氏、北条氏と同盟を結んで後顧の憂いをなくして信濃侵攻を進め、北信濃地域の領有を巡って越後の長尾景虎（上杉謙信）と衝突した（川中島の戦い）。今川氏が衰退した後は、嫡男の義信を切腹に追い込んだのち（義信事件）同盟を破棄して駿河国へ侵攻した。

1572年（元亀3年）、徳川家康との戦いのために西上作戦を開始するが、途中室町幕府第15代将軍・足利義昭の要請に応じて上洛戦に転じる。だが、直後に信玄が病死したため、武田軍は甲斐国に撤退した。最盛期には甲斐国・信濃国・駿河国および上野国・遠江国・三河国・美濃国・飛騨国・越中国の一部の計9カ国に及ぶ120万石の領土を有した。武田勝頼の代になると美濃に進出して領土をさらに拡大する一方、次第に家中を掌握しきれなくなり、1575年（天正3年）長篠の戦いに敗北、信玄時代からの重臣を失うと一挙に衰退し、1582年（天正10年）織田信長に攻め込まれて勝頼の後を継いだ信勝ともども滅亡した（天目山の戦い）。徳川家康の計らいで最初は武田家臣の穴山信治（武田信治）に継がせ、のち家康自身の五男の福松丸に武田信吉と名乗らせ、家督を継がせたが、断絶した。
江戸時代

天目山の戦いの後、信玄の次男の竜芳（海野信親）の子の信道は織田氏による残党狩りから逃れた。その後、信道は大久保長安事件に巻き込まれて伊豆大島へ流されたが、その子の信正の代で許されて1700年（元禄13年）に幕臣となり高家として仕えた。ただし、この家系は、江戸時代に武田信安の養子として信明、明治時代に同根の柳澤氏からとはいえ他家から養子を迎えて家督を継承しているので、信玄の血を保っているわけではない。幕末時の高家武田家の家禄は500石だった。幕末維新時の当主武田崇信は安政4年（1857年）から奥高家に列していたが、他の高家と同様に早々に朝廷に帰順して領地を安堵され、幕臣から朝臣に転じて中大夫席を与えられた[3]。

この高家の武田家以外にも系譜があり、信玄の五男の仁科盛信の長男の信基と次男の信貞が徳川旗本として仕え、2系とも現在まで系譜が残っている（信貞は武田に復姓している）。信玄の七男の安田信清は姉婿である上杉景勝のもとへ逃れ、のちに武田姓に復して代々同家に仕え男系は絶えたものの女系で現在も存続している。信玄の弟の河窪信実の子の信俊は家康に旗本として仕え、これものちに武田姓に復している。

また信玄嫡男の義信の子で、秤座・吉川守隨家を継いだ守隨信義の系譜も1943年までは存在した。[5]
明治以降

明治維新後上記の武田氏はいずれも士族に編入された。高家武田家の当主だった武田崇信は明治7年（1874年）に死去し、養子（遠山景高の五男）である武田信任が同家を継いだ。

明治17年（1884年）の華族令で華族が五爵制になった際に定められた『叙爵内規』の前の案である『華族令』案や『叙爵規則』案では高家が交代寄合とともに男爵に含まれており、旧高家の武田家も男爵位を授けられるべき家に挙げられているが、最終的な『叙爵内規』では高家も交代寄合も叙爵対象外となったので結局士族のままだった[3]。

1915年（大正4年）、大正天皇御大典を機に信玄が従三位に叙せられた際、当時の当主武田信保に信玄に対する位記宣命が渡された。以後、この家系が信玄に最も近い正統とされ、現当主武田英信へ受け継がれて現在に至っている。
系譜

※点線は養子

〔河内源氏〕
1頼信

    

2頼義

              
          
3義家      新羅三郎義光

              

河内源氏
嫡流      義清
〔甲斐源氏〕

             

         源清光

                        
                 
      光長
〔逸見氏〕1武田信義遠光
〔加賀美氏〕義定
〔安田氏〕義遠
〔浅利氏〕

              
             
忠頼
〔甲斐一条氏〕兼信
〔板垣氏〕有義2信光

                 
    
         3信政信長甲斐一条氏へ

                 
    
         4信時政綱
〔石和流武田氏〕

             

         5時綱

             

         6信宗

             

         7信武

                       
            
         8信成氏信
〔安芸武田氏〕義武
〔穴山氏〕公信