1180年，兄源賴朝起兵討伐平家，遠江國的甲婓源氏起兵回響，源范賴也參與其中。次年投奔源賴朝麾下。1183年，支持木曾義仲的志田義廣，自常陸國攻打鎌倉。源范賴發兵支援賴朝，擊退了志田軍。1184年（壽永3年）被賴朝任命為征討義仲的大將軍，率軍上洛，同先到達的源義經合兵，在宇治川之戰中大敗義仲，入據京都。同年在一之谷之戰中負責攻擊一之谷的東面平家軍，同西路的源義經部兩面夾擊，大敗平家。此後被授予三河守的官位，向九州進軍。次年范賴在備中國的藤戶擊敗了平行盛，又在九州豪族緒方維榮的支持下，於葦屋浦擊敗了原田種直部。屋島之戰發生之時，范賴正在長門國的彥島同平家水軍的主力平知盛部對壘，因此沒有參加這場戰役。壇之浦之戰中，源范賴率源氏的陸軍參戰。戰後奉命搜尋神劍，並對平家的舊有領地作出相應處分。
源義經與源賴朝失和後，義經逃往陸奧國，投奔奧州豪族藤原泰衡。由於養父藤原范季曾藏匿過義經，范賴遭到了源賴朝的懷疑。得知被猜忌後，源范賴自請罷免官職。1189年，源賴朝親自征討奧州藤原氏，范賴也隨軍參戰。1193年發生曾我兄弟復仇事件，范賴受到牽連，被幽禁在伊豆國的修禪寺直至死去。
