守護代大石定重の次代定久が天文十五年(1546)の河越夜戦後、北条氏康に降り、永禄二年(1559)には氏康次男の氏照を養子に迎えて家督を譲ったが、氏照は由井城(浄福寺城)を本拠としており滝山城の名は登場しない。大石氏によって砦程度のものがこの加住丘陵上に置かれたと思われるが、大軍を相手に戦えるほどのものではなかったのではないだろうか。永禄四年(1561)の長尾景虎(上杉謙信)による小田原攻撃の際に北条方の諸城が攻略又は支配下に置かれたが滝山城の名は出て来ないようだ。

滝山城の名が史上に現れるのは氏照が滝山城に年貢納入を指示したとされる永禄十年(1567)であるらしい。したがって滝山城が築城整備されたのはその数年前頃からであると見られてもいる。

さて、築城整備そして大改修されて北条方の関東支配の拠点城のひとつとなった滝山城は永禄十二年(1569)十月、武田信玄の攻撃を受けることになる。

永禄十一年(1568)十二月、武田信玄による駿河侵攻によって甲相同盟は手切れとなり、北条氏は武田氏との抗争に突入した。翌年三月、北条氏康は長年敵対関係にあった上杉謙信と同盟を結び、武田の侵攻に備えを固めた。

五月、北条氏康は下総方面に氏照が出陣して留守の滝山城へ岩槻城の富永氏を入れ、和田峠越えの甲州口(案下)の警戒に当たらせている。七月、氏照は駿河に出陣するが、この時は栗橋城の野田氏が滝山城へ入って守備についた。さらに甲州口のひとつである檜原城(東京都檜原村)には氏照の命で平山伊賀守が守備についた。

八月下旬、信玄は二万の大軍で甲府を出発。信州佐久から碓氷峠越で関東に進出、九月十日には北条氏邦の守る鉢形城を囲んだ。武田勢は城下を放火、外曲輪で城方と戦闘を展開した後に松山城などを攻めながら南下して滝山城に迫った。一方、小山田信茂率いる千と上野原の加藤丹後守の別動隊は岩殿城から小仏峠を越えて相模湖付近に進出した。

滝山城の北条氏照は小山田信茂隊に対応するために家臣横地監物吉信、中山勘解由家範、布施出羽守ら二千を廿里(とどり/高尾駅付近)砦に向かわせた。しかし、すでに砦は小山田隊によって占拠されており、待ち伏せを受けて敗退、野村源兵衛、金指平左衛門といった部将ら二百五十一人が討死したと伝えられている。

十月二日、滝山城の搦手である多摩川対岸の拝島に信玄本隊が布陣、城の南側大手方面に小山田信茂、内藤修理、武田勝頼、武田逍遥軒、山県三郎兵衛、真田源左衛門らが陣取った。戦いは大手口の滝山街道沿いの城下で始まり、武田勝頼らが城内に突入した。

滝山城は二の丸を中心とした集中防御が特徴で氏照の戦闘指揮所は二の丸に置かれた。血気盛んな武田勝頼は三の丸を落として二の丸に迫ったという。多摩川に面した搦手側は断崖となって攻め難いが、大手側の比高差はそれほどでもなく滝山城の弱点ともいえた。

ところが戦いはここまでで、翌日には武田勢は全軍姿を消していた。小田原城へ向かったのである。そして、小田原城を攻撃して引き上げる武田勢を氏照らが待ち伏せして合戦となったのが三増峠の戦いである。

戦後、氏照はさらなる要害を求めて八王子城の築城に踏み切ることになる。武田勢との一戦で簡単に城内への突入を許し、落城寸前にまで追い込まれたことで滝山城の限界を悟ったからとも言われている。

八王子城へ移った時期は明確ではないが、滝山城は天正八年(1580)頃までは機能していたことが確認されている。