孙武所以能制胜于天下者，用法明也；是以扬干乱法，魏绛戮其仆。四海分裂，兵交方始，若复废法，何用讨贼邪？
诸葛亮将要攻打魏，和部下众人商量这次军事行动。丞相司马魏延请求带兵前去参战。
魏延说：“听说夏侯楙是魏帝的女婿，此人胆小且没有智谋。现请给我一支五千人的精锐部队，带够五千人口粮，直接从褒中出发，沿着秦岭往东，到子午道后再折向北方，这样用不了十天时间，就可以抵达长安。夏侯楙若知道我突然来到，一定会弃城逃走。那么，长安城中就只有御史、京兆太守了。横门粮仓的存粮以及百姓逃散时落下的粮食，足以供给军粮。就算魏国在东方集结起军队，也还要二十多天时间，而您从斜谷出来接应，完全可以到达。这样，就可以一举而平定咸阳以西的地区了。”诸葛亮认为这个计策危险而欠妥当， 不如安全地从平坦的路上出去，可以稳稳当当地取得陇右地区，有百分之百的把握取胜而不会有失，所以不用魏延之计。
诸葛亮扬言从斜谷道攻取都城，命令镇东将军赵云、扬武将军邓芝充当疑兵，据守箕谷。魏明帝派遣曹真都督关右地区各军的驻扎情况。诸葛亮亲自统率大军进攻祁山，军阵整齐，号令严明。开始，魏国认为蜀汉昭烈帝刘备去世几年来蜀国没有什么动静，因此放松了防备。现在突然听到诸葛亮出兵，朝廷和民众都很惧怕。于是，天水、南安、安定等郡都纷纷背叛魏而响应诸葛亮，关中如雷轰顶，受到震动，朝廷大臣不知该怎么办好，魏明帝说： “诸葛亮本来依据山险固守，今天亲自前来，正符合兵书所说的诱敌前来的策略，一定能击败诸葛亮。”因此统领步骑兵共五万，派右将军张郃监军事务，向西进军抗击诸葛亮。二月十七日，魏明帝到达长安。
当初，越巂太守马谡，才干过人，喜欢谈论兵法，诸葛亮十分赏识器重他。汉昭烈帝刘备临终前对诸葛亮说：“马谡言语浮夸，超过实际才能，不可委任大事，您要对他多加考察。”诸葛亮认为不是这样，让马谡担任参军，时常接见一起谈论军事谋略，从白天直到黑夜。建兴三年（225年），诸葛亮率军讨伐雍闿，马谡送行数十里。诸葛亮说：“虽然我们一起谋划此事多年，今天请你再一次提出好计划。”马谡说：“南中依恃地形险要和路途遥远，叛乱不服已经很久。即使我们今天将其击溃，明天他们还要反叛。目前您正准备集中全国的力量北伐，以对付强贼，叛匪知道国家内部空虚，就会加速反叛。如果将他们全部杀光以除后患，既不是仁厚者所为，也不可能在短期内办到。用兵作战的原则，以攻心为上，攻城为下；以心理战为上，以短兵相接为下，望您能使其真心归服。”诸葛亮便采纳了马谡的建议。 不久，诸葛亮斩杀雍闿，并依照马谡之言赦免孟获，以使南中人心归服，因而诸葛亮在世之日，南方不敢再次反叛 。
当时有久经战场的老将魏延、吴壹等，议论者都说应该以这些人为先锋，而诸葛亮违背众人意见提拔马谡，任命马谡为先锋，统领各军前行。
魏明帝曹叡得知蜀汉来伐后，派大将张郃总督各路军马在街亭阻挡马谡。马谡违反诸葛亮的指挥调度，军政措施冗繁，放弃有水之地，上山驻扎，而不在山下据守城池。张郃断绝如马谡的取水通道，率兵出击，大败马谡，士兵溃散。而同时赵云寡不敌众，失利于箕谷。诸葛亮乃拔西县千余家返回汉中。第一次北伐失败。
诸葛亮收捕马谡入狱，斩了他。亲自吊丧，痛哭流涕，抚慰他的子女，像往常一样恩待他们。蒋琬对诸葛亮说：“当初楚国杀了得臣，晋文公喜形于色。现在天下没有平定却杀死智谋之士，难道不惋惜吗？ ”诸葛亮哭泣道：“孙武所以能在天下克敌制胜，是执法严明，因而扬干犯法，魏绛就杀了他的仆人。如今四海分裂，战争才刚刚开始，若破坏法令，用什么来讨伐敌贼呢？ ”
马谡没有战败时，裨将军巴西人王平多次规劝马谡，马谡没能听从。等到战败，部队全部分散，只有王平所率的一千人还擂着战鼓在防守，张郃怀疑王平有伏兵，不敢进逼，因此王平渐渐聚拢各营残兵，率将士返回。诸葛亮杀了马谡和将军李盛后，剥夺了将军黄袭等的兵权，唯有王平格外受到重用，加封他为参军，统领五部军队兼管安营扎寨的事务，晋升为讨寇将军，封为亭侯。诸葛亮上奏请求将自己降职三级，汉主刘禅封诸葛亮为右将军，行丞相事，所总统如前。
同年冬，诸葛亮趁魏兵东下，关中虚弱，趁机北伐，出兵散关围陈仓，为魏将郝昭所拒，诸葛亮劝降不成，而又粮草不继，不得已退还汉中。魏将王双来追，被斩。
建兴七年（229年）春，诸葛亮遣陈式攻武都、阴平二郡。雍州刺史郭淮引兵救之，诸葛亮自出至建威，郭淮退，遂得二郡。
建兴八年（230年）秋，魏军三路进攻汉中，司马懿走西城，张郃走子午谷，曹真走斜谷。诸葛亮驻军于城固、赤坂。时大雨三十余天，魏军撤退。同年，诸葛亮使魏延、吴懿西入羌中，大破魏后将军费曜（瑶）、雍州刺史郭淮于阳溪。
建兴九年（231年）二月，诸葛亮率大军攻祁山，始以木牛运。当时曹真病重，司马懿都督关中诸将出拒。诸葛亮割麦于上邽。司马懿追亮至卤城，掘营自守，有“畏蜀如畏虎”之讥。
同年五月，诸葛亮使魏延、高翔、吴班赴拒，大破司马懿，汉军获甲首三千级，玄铠五千领，角弩三千一百张，于是司马懿退还保营。
建兴十年（232年），诸葛亮在黄沙休兵劝农，制作木牛流马等，并且练兵讲武，准备再次北伐。
建兴十一年（233年）冬，诸葛亮派遣诸军运米，集结大军于斜谷口，治斜谷邸阁。
建兴十二年（234年）二月，诸葛亮经过三年劝农讲武的准备，率大军出斜谷道，据武功五丈原，屯田于渭滨，同时派使臣到东吴，希望孙权能同时攻魏。四月，蜀军到达郿县，在渭水南岸的五丈原下扎营寨。司马懿则率领魏军背水筑营，想再次以持久战消耗蜀军粮食，令蜀军自行撤退。
魏将郭淮认为蜀军必会争夺北原，司马懿认同，便派郭淮先前往防备。果然，蜀军到来，但被郭淮击退。
司马懿曾向蜀汉使者询问诸葛亮的睡眠、饮食和办事多少，不打听军事情况，使者答道：“诸葛公早起晚睡，凡是二十杖以上的责罚，都亲自披阅；所吃的饭食不到几升。”司马懿告诉人说：“诸葛孔明进食少而事务烦，他还能活多久呢！”
诸葛亮乃分兵屯田，在魏国境内与魏国百姓共同种粮自给自足，打算长期驻扎下去，但诸葛亮却因过于操劳而病重。
八月，诸葛亮病情日益恶化。诸葛亮病重之际，蜀主刘禅派遣尚书仆射李福前来军前问候，同时询问国家大事。李福与诸葛亮谈话完毕，辞别而去，几天之后又回来。诸葛亮说：“我知道您回来的意图，近来你虽然整天与我交谈，但有些事还没有对你交待，所以你又回来听取。你所要问的事蒋琬最适合。”李福连忙道歉说：“日前确实不曾询问，等到您百年之后，谁可以担负国家重任，所以就又返回。再请问蒋琬之后，谁又可承担重任？”诸葛亮说：“费祎可以继任。“李福又问费祎之后谁可接任？诸葛亮没有回答。同时，诸葛亮也对各将领交代后事，要杨仪和费祎统领各军撤退。由魏延、姜维负责断后。不久，诸葛亮在军营中去世。而杨仪、姜维按照诸葛亮临终的部署，秘不发丧，整顿军马从容撤退。
司马懿认为诸葛亮已死，率军追击，姜维推出雕刻成诸葛亮模样的木雕并率领大军回返，司马懿看到诸葛亮（木雕），认为诸葛亮装死引诱魏军出击，赶紧飞马撤退，奔行数里，司马懿数次问左右将领：“吾头尚在否”？众将俱回：“尚在”。司马懿不敢再追赶。于是蜀军从容退去，进入斜谷后，才讣告发丧，而此事后来也被百姓为之谚曰：“死诸葛走生仲达”，司马懿听闻蜀军在斜谷发丧后自嘲道：“吾便料生，不便料死故也。”其后，司马懿视察蜀军遗留的营寨，感叹说：“诸葛亮真是天下奇才！”
蜀军返回成都后，刘禅追谥诸葛亮为忠武侯。
诸葛亮曾经上表指出自己没有多余财产，只有800株桑树和15顷土地，而自己穿的都是朝廷赐封，就算儿子都是自给自足，自己没有一点多余的财产。果然，诸葛亮直至死时也是如此，甚至在临死前，也吩咐了他下葬时只需要挖洞一个，棺木能够放进去便足够，自己则穿着平常的服装即可，不须要其他配葬物。武侯墓在定军山勉县。
