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建興九年（231年）二月，諸葛亮率大軍攻祁山，始以木牛運。時曹真病重，司馬懿都督關中諸將出拒。諸葛亮割麥於上邽（今甘肅省天水縣）。司馬懿追亮至滷城（今甘肅省天水市與甘谷之間），掘營自守，有“畏蜀如畏虎”之譏。 [46]

同年五月，諸葛亮使魏延、高翔、吳班赴拒，大破司馬懿，漢軍獲甲首三千級，玄鎧五千領，角弩三千一百張，於是司馬懿退還保營。 [47]《晉書》則記魏軍卸甲輕裝，日夜兼程，在漢陽與諸葛亮相遇，司馬懿派將軍牛金率輕騎做餌，諸葛亮退兵至祁山，屯兵滷城，據南北二山，堵水築圍牆。魏軍攻破，大破蜀軍，俘獲斬首數萬。 [48]而陳壽所著《三國志》裡，兩種說法均無記載。六月，李嚴因運糧不濟呼諸葛亮還師。張郃追亮退兵至木門，中箭身亡——此為二出祁山。 [46] [49]

建興十年（232年），諸葛亮在黃沙休兵勸農，製作木牛流馬等，並且練兵講武，準備再次北伐。 [50]

建興十一年（233年）冬，諸葛亮派遣諸軍運米，集結大軍於斜谷口，治斜谷邸閣。 [51]

諸葛亮祁山伐魏

建興十二年（234年）二月，諸葛亮經過三年勸農講武的準備，率大軍出斜谷道，據武功五丈原（今陝西省岐山南），屯田於渭濱，同時派使臣到東吳，希望孫權能同時攻魏。四月，蜀軍到達郿縣，在渭水南岸的五丈原下紮營寨。司馬懿則率領魏軍背水築營，想再次以持久戰消耗蜀軍糧食，令蜀軍自行撤退。 [52-53]

魏將郭淮認為蜀軍必會爭奪北原，司馬懿認同，便派郭淮先前往防備。果然，蜀軍到來，但被郭淮擊退。 [54]諸葛亮考慮到前幾次北伐都因為運糧不繼，導致功敗垂成，於是開始在渭、濱的居民之間屯田生產糧食，百姓亦相安無事，一切如常。而孫權也響應蜀漢，親率十萬大軍北上攻魏，但被魏明帝曹叡親自率軍打敗。

諸葛亮派虎步監孟琰駐武功水北，適逢水漲，阻斷了諸葛亮和孟琰的聯絡。司馬懿趁機出兵進攻孟琰。結果諸葛亮一方面派工兵架橋，一方面派弩兵向司馬懿的部隊射箭。司馬懿看到橋快架好，只好撤退了。魏、蜀兩軍相峙了百多日，其間諸葛亮多次派人挑戰，司馬懿軍始終堅守不出。其後諸葛亮故意讓人帶一套女人的衣服、頭巾送給司馬懿，表示司馬懿就像女人一樣。魏軍將領見此情形都火冒三丈，紛紛要求出戰，為了搪塞將領們的要求，司馬懿假意上表給魏明帝請戰。曹睿便派衛尉辛毗作為持節使者，到前線節制司馬懿。

司馬懿曾向蜀漢使者詢問諸葛亮的睡眠、飲食和辦事多少，不打聽軍事情況，使者答道：“諸葛公早起晚睡，凡是二十杖以上的責罰，都親自披閱；所吃的飯食不到幾升。”司馬懿告訴人說：“諸葛孔明進食少而事務煩，他還能活多久呢。” [55]

諸葛亮乃分兵屯田，在魏國境內與魏國百姓共同種糧自給自足，打算長期駐紮下去，但諸葛亮卻因過於操勞而病重。 [52]

病重而逝

主詞條：五丈原之戰

諸葛亮墓

八月，諸葛亮病情日益惡化。諸葛亮病重之際，蜀主劉禪派遣尚書僕射李福前來軍前問候，同時詢問國家大事。李福與諸葛亮談話完畢，辭別而去，幾天之後又回來。諸葛亮說：“我知道您回來的意圖，近來你雖然整天與我交談，但有些事還沒有對你交待，所以你又回來聽取。你所要問的事蔣琬最適合。”李福連忙道歉說：“日前確實不曾詢問，等到您百年之後，誰可以擔負國家重任，所以就又返回。再請問蔣琬之後，誰又可承擔重任？”諸葛亮說：“費禕可以繼任。“李福又問費禕之後誰可接任？諸葛亮沒有回答。 [56]同時，諸葛亮也對各將領交代後事，要楊儀和費禕統領各軍撤退。由魏延、姜維負責斷後。不久，諸葛亮在軍營中去世。而楊儀、姜維按照諸葛亮臨終的部署，秘不發喪，整頓軍馬從容撤退。