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。
六月，李严因运粮不济呼诸葛亮还师。
张合追亮退兵至木门，中箭身亡
建兴十年，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。
诸葛亮祁山伐魏，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。
诸葛亮考虑到前几次北伐都因为运粮不继，导致功败垂成，于是开始在渭、滨的居民之间屯田生产粮食，百姓亦相安无事，一切如常。
而孙权也响应蜀汉，亲率十万大军北上攻魏，但被魏明帝曹叡亲自率军打败。
诸葛亮派虎步监孟琰驻武功水北，适逢水涨，阻断了诸葛亮和孟琰的联系。
司马懿趁机出兵进攻孟琰。
结果诸葛亮一方面派工兵架桥，一方面派弩兵向司马懿的部队射箭。
司马懿看到桥快架好，只好撤退了。
魏、蜀两军相峙了百多日，其间诸葛亮多次派人挑战，司马懿军始终坚守不出。
其后诸葛亮故意让人带一套女人的衣服、头巾送给司马懿，表示司马懿就像女人一样。
魏军将领见此情形都火冒三丈，纷纷要求出战，为了搪塞将领们的要求，司马懿假意上表给魏明帝请战。
曹睿便派卫尉辛毗作为持节使者，到前线节制司马懿。
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，都亲自批阅；所吃的饭食不到几升。”
司马懿说道。
“诸葛孔明进食少而事务繁，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。”
李福连忙道歉道。
“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？”
诸葛亮道。
“费祎可以继任。“
李福又问费祎之后谁可接任？诸葛亮没有在回答。
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。
诸葛亮也曾在营帐中点燃了七星灯，若是七日内主灯不灭，他便可延寿一纪，只可惜，在最后时刻，魏延快步入帐，致使七星灯彻底熄灭，等到他离去后，一道金芒闪入了帐中，那已然熄灭的七星灯竟是重新燃烧了起来。
诸葛亮抬头看去，来人正是自己年幼时见到的那位仙女，不等他开口说些什么，云璃便开口说道。
“只要你愿意现在跟我离去，我可保你无忧。”
对此，诸葛亮苦笑了一声，缓缓端起了那地上的七星灯，将其上燃烧着的火苗吹灭了，他对着云璃郑重的一拜后说道。
“亮，谢过仙人好意，也谢过了那日，仙人吹来的东风，但亮终归是无法放下...故人的嘱托...”
不久后，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，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，感叹道。
“诸葛亮真是天下奇才也。”
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