孔明回到成都，用李严的儿子李丰为长史，积草屯粮，养息将士。不觉三年已过，到了建兴十一年二月，孔明见兵精粮足，奏请再次北伐。刘禅满足于一时的太平，不想让孔明出兵。孔明坚持出兵。太史谯周说：“近来成都屡次出现灾异，魏国旺气正盛，不利伐魏。丞相只可防守，不可轻举妄动。”孔明不听，连夜赶到汉中，与众将商议出师事宜。忽有人报，关兴病亡。孔明哭昏在地，半晌才醒，叹道：“可怜忠义之人，天不给他寿命！这次出师又少一员大将！”他让姜维、魏延为先锋，三十四万蜀军兵分五路，到祁山会师，李恢运送粮草到斜谷等候。
魏国因去年有青龙从摩坡井中飞出，改元青龙。魏主得知孔明再出祁山，召来司马懿商量对策。司马懿说：“臣夜观天象，中原旺气正盛，孔明逆天而行，是自取败亡。臣愿前往破敌，保夏侯渊的四个儿子同行。”夏侯渊的四个儿子，长子名霸，次子名威，三子名惠，四子名和。霸、威二人弓马娴熟；惠、和二人饱读兵书。四人经常声称要为父报仇，他就保霸、威为先锋，惠、和为行军司马。魏主拜司马懿为大都督，各处将士都听他调度。司马懿来到长安，调来四十万人马，都到渭滨下寨。又派五万人在渭水上搭了九座浮桥，让夏侯霸、夏侯威过河安营。郭淮、孙礼来到，司马懿让他们在北原下寨，深沟高垒，按兵不动。孔明再到祁山，下了五座大寨，自斜谷到剑阁，又下十四座寨，分屯军马，为长久计。他得知郭淮在北原下寨，就分派众将明攻北原，暗烧浮桥，要一举消灭渡河的魏军先锋。司马懿得知，定计反击，杀得蜀军大败，吴班中箭落水而死。孔明正无计可施，费祎从成都来到，于是就让他出使东吴，请孙权发兵。他持孔明的书信赶到建业，呈交给孙权。孙权见孔明许他共取中原，平分天下，就计划调动三路大军，分取新城、襄阳、淮阳。孙权问：“孔明用谁为先锋？”费祎答：“魏延”。他告诫说：“此人心术不正，一旦孔明不在，必然会成为祸患。”费祎回到祁山，先说了孙权已答应出兵的事情，随后又说了孙权对魏延的看法。孔明说：“我知道此人，但他还有利用的价值。以后的事我自有安排。”孔明送走费祎，魏军偏将郑文来降，他自称与秦朗同领人马，司马懿让秦朗为前将军，却不加他的官职，他非常气愤，所以来投丞相。正说着，小军报秦朗单挑郑文出战。孔明让郑文出马，二人交战只一回合，郑文就一刀劈死了秦朗。待他回营，孔明喝令左右把他绑去斩了。郑文大叫：“小将无罪！”孔明说：“我认识秦朗，你杀的是秦朗的弟弟秦明。司马懿派你来诈降，若不实说，立即斩首。”郑文只好说出实话。孔明让他写下书信，让司马懿夜间来劫寨，这样就可立功赎罪，而且还能得到重用。郑文写完书信，孔明下令先把他押起来。孔明挑选一名有口才的军士，吩咐一番，派往魏营送信。司马懿看了书信，又仔细盘问了军士，军士对答如流。司马懿就让他回去告诉郑文，今天二更劫寨，举火为号。军士回去告诉孔明，孔明就仗剑作法，然后吩咐诸将依计行事，他自带数十人，坐在山上，指挥众军。
司马懿本想带着两个儿子亲自劫寨，司马师怕万一出意外，提议还是派别人当先，司马懿在后接应。司马懿就让秦朗领一万兵劫寨，他领兵接应。当夜二更时分，突然阴云密布，对面不见人。司马懿高兴万分，命人长驱直入。秦朗冲进蜀寨，不见一人，忙叫退兵，王平、张嶷、马岱、马忠领两路兵杀来。司马懿见蜀营火光冲天，只顾催兵接应，忽听炮声连天，魏延、姜维从左右杀来。魏兵大败，四散奔逃，秦朗和他所带的一万兵都被消灭，司马懿逃回了本寨。三更过后，天色放晴，方才阴云遮天原来是孔明作遁甲之法。孔明回寨，把郑文斩了。孔明乘车察看地形，见一个山谷，形如葫芦，问向导：“这是什么谷？”向导说：“这叫上方谷，又叫葫芦谷。”孔明回寨，吩咐裨将胡忠如此这般。命令随军匠人到谷中制造木牛流马，派马岱领兵防守，不准任何人擅入。胡忠就在谷中监督匠人，依法制造。一天，杨仪来报：“粮米都运到剑阁，道路不好，搬运不便，怎么办？”孔明说：“我已造下木牛流马，搬运粮食，非常便利。牛马又不吃草饮水，可昼夜不停运输。”过了几天，造好的牛马，上山下岭，非常灵便，众军都欢喜异常。孔明就命高翔领一千军驾着木牛流马，从剑阁往祁山大寨运粮。司马懿得知蜀军用木牛流马运粮，就派张虎、乐琳各领五百兵，装扮蜀兵，抢上三五匹就回来。二人于夜间抄小路埋伏好，就见高翔领兵驱赶木牛流马过来。待快要过完，伏兵杀出，蜀兵扔下几匹就逃。张虎、乐琳抢回本寨，司马懿见牛马进退自如，就像活的一样，高兴万分，召来能工巧匠，命他们按尺寸仿造。不到半月，就造出两千多匹，和孔明造的一样，也会奔走。他让镇远将军岑威，带一千军士驱赶木牛流马去陇西运粮。高翔报告孔明，魏兵抢走五六匹牛马。孔明说：“我就是要他抢。他抢去后必然要仿造，那时再看我的计策。”过了不几天，探子报魏军仿造出木牛流马，去陇西运粮了。孔明吩咐王平领一千兵，扮作魏军，如此行事；派张嶷领五百军，扮作六丁六甲神兵，如此行事；派姜维、魏延各领一万兵，去北原接应；派马忠、马岱领二千兵去渭南挑战。岑威领军驱赶木牛流马，从陇西运来粮食，见迎面过来一支巡逻队，也没在意。待到两支队伍在路上相错，突听一声大喊，蜀兵冲杀过来，魏兵当时被杀了大半，岑威被王平一刀斩了。王平就命部下驱牛马奔蜀寨。郭淮得报，急忙领兵来救，王平让士兵把牛马舌头一扭，扔下就跑。郭淮带士兵驱赶牛马，牛马一动不动。正无计可施，魏延、姜维各领兵杀来，王平也扭头杀回，郭淮大败。王平让士兵把牛马舌头扭回，赶上就走。郭淮看见，想领兵再追，只见山后烟云突起，拥出一队神兵，拥上木牛流马，如飞而去。司马懿听说北原兵败，忙领兵来救，一声炮响，张翼、廖化领兵杀出，魏兵四处逃散，司马懿单枪匹马，朝林中逃去。廖化紧紧赶来，司马懿绕树而跑。廖化一刀砍在树上，拔出刀来，见司马懿的金盔在东面，就拾起金盔望东追去。谁知司马懿早已向西逃远了。王平早已回寨，缴获粮食万余石。司马懿回寨，心中正烦闷，圣旨来到，说是东吴入侵，朝廷正在商议退敌，让他深沟高垒，坚守不战。
魏主起三路兵迎战东吴。他采用满宠的计策，从湖口夜袭吴军，火攻诸葛瑾，大获全胜。陆逊与孙权的联络密信被魏军截获。
陆逊佯装攻打襄阳，将魏军的注意力吸引过去，然后悄然撤军。等魏军发觉，三路吴军已安然过江。魏主就驻扎在合淝，等待时机。孔明为与魏军长久相峙，让蜀兵和魏民共同种田，收获军得一分，民得两分，互不侵犯。司马师说：“蜀军抢了我们很多粮草，又在渭滨屯田，看样子想长期驻扎，父亲为什么不跟他们决一死战？”司马懿说：“我奉旨坚守，不可妄动。”孔明见司马懿始终不肯出战，就命马岱在上方谷中建造木栅，堆积干柴，用柴草搭成窝棚，内外都埋上地雷。又命军士在谷口白天举七星号带，夜间点七盏明灯，让魏延把司马懿引来。孔明又吩咐高翔驱赶木牛流马，各装粮食，只要被敌军抢去，便是功劳。最后吩咐将士，别的兵来攻，就各自逃散，司马懿来攻，合力攻渭南，断他的退路。夏侯惠、夏侯和二人见蜀兵如此，多次向司马懿请战。司马懿就让二人各领五千兵出战。二人领兵正行，撞见蜀兵用木牛流马运粮，一阵冲杀，蜀兵败走，夺下木牛流马。次日出战，又夺下许多牛马。司马懿审问俘虏，蜀兵说：“孔明见都督坚守不出，让我们四散屯田，长久对峙。”半月之内，夏侯惠、夏侯和连打胜仗，司马懿越来越高兴。这天，他又审问俘虏，蜀兵说：“孔明在上方谷四十里安营，让我们每日把粮草都运到谷中。”他就命令众将：“明天你们合力攻取祁山大寨，我随后接应。”众将走后，司马师不明白父亲为什么这样安排。司马懿说：“我军攻打祁山寨，蜀兵必然会去救，我却偷偷到上方谷烧他们的粮草，他们必定大败。”次日，魏兵陆续出营，攻打祁山寨。四下里蜀兵虚张声势，都去救应。司马懿父子三人领中军杀奔上方谷。魏延见司马父子都来了，舞刀迎战，斗不几回合便朝七星旗处败逃。司马懿见只一员敌将，蜀兵人少，放心追去。追到谷口，他见里面没有埋伏，只有屯粮的草棚，就追进谷中，却不见了魏延，心中生疑，忙命退兵，忽听满山高喊，火把纷纷落下，堵住谷口。谷中草棚燃起熊熊大火，地雷轰隆隆爆炸。魏兵焦头烂额，司马懿手足无措，和两个儿子抱头痛哭。谁知这时，忽听一声霹雳，暴雨倾盆而下，浇灭了烈火，淋湿了火药。司马懿忙与二子往外冲杀，又逢张虎、乐琳赶来接应，马岱兵少，阻拦不住，只好放他们逃走了。他们逃到魏营，见已被蜀军占领，只好逃到北岸，烧断了浮桥。孔明眼看司马父子就要完蛋，正在高兴，一场大雨破坏了他的全盘计划，不由长叹道：“谋事在人，成事在天。”