出至建威，郭淮退败，遂得二郡。
建兴八年（公元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、雍州刺史郭淮于阳溪。
建兴九年（公元231年）二月，诸葛亮率大军攻祁山，始以木牛运。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，坚守不战。
六月，李严因运粮不济呼诸葛亮还师。张郃追亮退兵至木门，中箭身亡——此为二出祁山。
建兴十二年（公元234年）二月，诸葛亮率大军出斜谷道，据五丈原，屯田于渭滨，与司马懿决战於渭南，并约吴国共同发兵。期间诸葛亮既屡屡遣使者下战书，又致巾帼妇人之饰，以激怒司马懿，但司马懿忍辱据守不出，并以“千里请战”的妙计平息将怒。
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。
刘禅派遣尚书仆射李福前来问候，同时询问国家大事。李福来到，诸葛亮谈话完毕，辞别而去，几天之后又回来。诸葛亮说：“我知道您返回来的意图，近来虽然整天谈话，有些事还没有交待，又来听取决定了。你所要问的事蒋琬适合。”李福道歉说：“日前确实不曾询问，如您面年这后，谁可以担负重任，所以就又返回。再请问蒋琬之后，谁可承担重任？”诸葛亮说：“费可以继任。“又问费祎之后怎么样？诸葛亮没有回答。
八月，诸葛亮病故于五丈原，享年五十四岁。杨仪等率军还，姜维等遵照诸葛亮遗嘱，秘不发丧，
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