魏主得知曹真损兵折将，急忙问司马懿怎么办。司马懿说：“孔明不能从陈仓运粮，速战速决对他们有利，我军目前只适宜坚守。陛下可传旨，让曹真坚守各处关隘，不要出战。不出一个月，蜀军自然退兵，到那时乘胜追击，可擒孔明。”魏主说：“你既然这么高明，怎么不亲自上阵？”司马懿说：“不是臣怕死，孙权不久必定会称帝，还会入侵，臣在提防他们。”魏主就让太常卿韩暨传旨，命曹真坚守不出。司马懿又叮嘱韩暨，千万别告诉曹真这是他的主意，就说是天子的圣旨。韩暨到曹真寨中传了旨，郭淮已看出是司马懿的主意，提议让王双加强巡逻，提防蜀兵运粮。孙礼又献计，他用粮车装上干柴，撒上硫黄，伪装成粮草，诱蜀兵来截，再放火烧车。曹真就让他依计行事，同时传令王双加强巡逻，郭淮提调箕谷、街亭，让张辽的儿子张虎为先锋，乐进的儿子乐琳为副先锋，共同守卫第一营，不许出战。
孔明见魏兵坚守不出，忽报孙礼押送粮车来到。孔明笑着说：“我平生专用火攻，他竟想用火攻暗算我。我们可将计就计。”他命令马岱领三千兵，到魏兵屯粮处，在上风头放火。派马忠、张嶷在外包围，内外夹攻。又命关兴、张苞，今晚西山火起，魏兵来劫营，你二人可截击。再派吴班、吴懿领兵断敌退路。探子见蜀军调动人马，忙回报孙礼，孙礼又派人飞报曹真，曹真传令张虎、乐琳，见西山火起，可如此出兵。当夜二更，孙礼在四面布下伏兵，马岱兵到，趁东南风放起火来。孙礼只当蜀兵已入魏寨，忙率伏兵杀出，却被马忠、张嶷、马岱内外夹攻，反被火烧得死伤无数。张虎、乐琳看到火光，带领人马杀奔蜀寨，寨中不见一人，急忙回兵，吴班、吴懿杀到，张虎、乐琳冲出包围，回到本寨，寨子已被关兴、张苞袭取了。二人遇见孙礼，一同来见曹真。曹真再也不出战。孔明派人授魏延密计，让他拔寨退兵。张郃来见曹真，说：“我来听都督调遣。”曹真说：“曾见仲达吗？”张郃说：“仲达吩咐‘我军胜，蜀军不会走；我军败，蜀军必走。’我军失利，都督探听蜀军消息了吗？”曹真派人到蜀寨打探，只剩下座空营，蜀军已退走两天了，张郃就领兵追击。魏延领了密计，夜间二更拔寨退往汉中，王双得知，忙率军追赶。眼看要赶上蜀军，却见本寨火光冲天，慌忙退兵。不料半路上突然冲出几十骑，大叫：“魏延在此！”王双措手不及，被魏延一刀斩了。魏兵四散逃命。张郃未追上蜀兵，回到寨中。曹真接到郝昭的报告，说是王双被杀，忧虑成病，回到洛阳。
孙权得知孔明二出祁山，曹真损兵折将，就要兴兵伐魏。张昭说：“武昌东山，凤凰来仪，大江之中，黄龙屡现，主公可即皇帝位，然后兴兵。”众官齐声附和。孙权就选四月丙寅日，在武昌南郊筑坛称帝，改黄武八年为黄龙元年。孙权回到建业，商议伐魏。张昭认为他初登帝位，不可用兵，可派人入川，联络蜀汉。孙权就派使者去见刘禅。刘禅与大臣商议，许多大臣认为孙权妄称皇帝，是反叛行为，应该与吴断交。刘禅派使者到汉中问孔明的意见，孔明让他送礼祝贺，并请孙权出兵，他好乘机进兵中原。刘禅就派陈震为使，带上厚礼到建业祝贺，让东吴出兵。孙权问陆逊怎么应付，陆逊说要虚张声势，让蜀国出兵，吴国再乘机取利。陈震到汉中，把吴国准备出兵的事告诉了孔明。孔明探听到郝昭病重，就命魏延、姜维去取陈仓，关兴、张苞作为接应。郭淮听说郝昭病重，让张郃去替他。就在这时，蜀军攻入城中，郝昭吃惊而死。魏延、姜维来到城下，却见孔明已站在城头。孔明让魏延、姜维立即取散关。二人到达散关，魏兵已逃散，刚进了关，张郃也领兵来到。二人分兵防守，张郃只得退兵，被魏延追杀一阵，大败而逃。孔明兵出斜谷，再出祁山，安营下寨，让姜维、王平各引一万人马分别取武都、阴平。张郃逃回长安，向郭淮、孙礼说明情况。郭淮大惊，就留张郃守长安，命孙礼守雍城，他领兵守郿城，又派人到洛阳告急。魏主得知孔明入侵，又得知陆逊在武昌跃跃欲试，不知如何是好。司马懿认为，东吴不会出兵，吴、蜀联盟只是暂时的。魏主封司马懿为大都督，引兵征西。司马懿来到长安，得知武都、阴平没有消息，忙派郭淮、孙礼前去救应。二人领兵从陇西小路进军，探子来报，阴平已被王平攻破，武都已被姜维攻破。二人急忙退兵，孔明乘四轮车拦住去路，郭淮、孙礼惊慌失措。关兴、张苞、王平、姜维四将从前后夹攻，魏兵大败，二人只好扔了马匹，翻山逃走。张苞催马去追，不小心跌入山涧，摔成重伤。孔明把他送回成都养伤。郭淮、孙礼见到司马懿，报告了兵败的经过。司马懿说：“孔明比我棋高一着，不是你们的罪过。”于是吩咐张郃、戴陵各领兵一万去抄蜀兵后路，他从前面接应。张郃、戴陵走不到三十里，被数百辆车拦住去路，刚想退兵，四下火起，伏兵杀出。孔明在山上大叫，让二人早早投降，张郃冲杀出去，回头不见戴陵，又杀回去，救出戴陵。孔明见张郃英勇，想设法将他除去。司马懿见张郃、戴陵再败，自叹不如孔明。孔明得胜回寨，让魏延挑战，魏军一连半月不敢出战。孔明正想法破敌，费祎持圣旨到，刘禅念孔明功高，恢复了孔明的丞相职务。
孔明见司马懿坚不出战，传令各寨退兵。张郃等认为蜀兵粮尽而退，应该追击。司马懿认为蜀国去年大丰收，不可能缺粮，撤兵肯定是诱敌之计，建议只派人跟踪，不派兵追赶。军士回报，说蜀兵只退三十里就下寨。过了半个月，蜀兵又退三十里下寨。又过了十多天，孔明又退了三十里下寨。张郃等一再请战，司马懿被缠不过，只好让张郃、戴陵领兵三万，副将数十名，谨慎进军，他自领精兵随后接应。张郃、戴陵领兵出发，只顾穷追猛赶。当时正是六月，天气十分炎热，等赶到五十里外，魏兵气喘吁吁。孔明在山头把红旗一展，前有马忠、张嶷、吴懿、吴班，后有王平、张翼，率伏兵一齐杀出。张郃、戴陵率魏兵拼死抵抗，却始终无法冲出重围。这时，司马懿从后面杀来，王平与张翼兵分两路，分头抵挡魏军。姜维、廖化在山头见王平等陷入危急，立即领兵杀向魏营。司马懿一路上留下不少探子，很快就得知蜀军出奇兵去端他的老窝，只好回兵救援。张郃、戴陵翻山逃走，数万魏兵和几十员将领都成了刀下鬼。司马懿回寨，收拾了败兵，声称今后谁再轻敌妄动，定斩不饶。孔明正想乘胜进军，却得到张苞伤重身死的噩耗，不由放声大哭，口吐鲜血，昏倒在地。众人把他救起，过了半个多月，他仍感到昏昏沉沉，不能理事，只好退兵汉中，自回成都养病。蜀军都退走了五天，司马懿才知道，不由长叹说：“孔明神出鬼没，我确实不如他！”他就留众将把守关隘，自己回到了洛阳。
建兴八年七月，曹真病愈，要和司马懿共同领兵。魏主就拜曹真为大司马、征西大都督，司马懿为大将军、副都督，刘晔为军师，领四十万大军途经剑阁取汉中，郭淮、孙礼也各自领兵出发。孔明病愈之后，每天操练人马，排练八卦阵。他得知司马懿进犯的消息，命张嶷、王平领一千兵把守陈仓口。二人面面相觑，怀疑一千人怎么能抵挡四十万大军？在得知孔明的意图后，才领兵前去。孔明领大军出汉中，传令各处关隘准备一个月的柴草粮食，以防秋雨，大军等候出征。曹真、司马懿领兵来到陈仓城，不见一间房屋。曹真要进兵，司马懿说：“我夜观天象，最近要下大雨。深入了重地，退回就难了。我们应搭起窝棚，以防阴雨。”魏兵就驻扎下来。
不出半月，天降大雨，连绵不绝，平地积水足有三尺。大雨接连下了一个月，马无草料，饿死无数。魏主得知，设坛求晴，仍不见天晴，只好传旨，让曹真、司马懿退兵。曹真与司马懿设下两支伏兵，缓缓撤军。孔明得知魏军撤退，料定必有埋伏，不让众将出击，命令魏延、张嶷、杜琼、陈式出箕谷，马岱、王平、张翼、马忠出斜谷，到祁山会师。曹真与司马懿走了十多天，不见蜀军追来。曹真放下心来，司马懿却猜知孔明必再次兵出祁山。二人打赌，各自据守一谷，假如十日内蜀兵不到，司马懿扮做女人向曹真请罪，如果蜀兵到了，曹真就把天子赐的一条玉带、一匹宝马输给司马懿。司马懿屯兵祁山东的箕谷，布下伏兵，严阵以待。魏延等四将正领兵前行，邓芝赶来，传达孔明的命令，让他们提防埋伏，不可冒进。陈式、魏延嘲笑孔明多疑。邓芝再劝，二人也没听，陈式就带了五千人马，要先出箕谷羞孔明。邓芝只好飞马回报孔明。陈式走了不远，忽听一声炮响，魏军伏兵杀出，把他围得犹如铁桶一般。幸亏魏延及时杀来，救出陈式，五千人马只剩了四五百伤兵了。魏兵追杀过来，杜琼、张嶷引兵接应，才杀退魏兵。
邓芝见到孔明，告诉他魏延、陈式多么无礼。正说着，探子来报，说是陈式兵败。孔明让邓芝去箕谷抚慰，防止陈式生变。他又安排马忠、张翼、王平、马岱，分头行动，安排关兴、廖化按计行事。他自领精兵快速前进，路上又分派给吴班、吴懿任务。曹真不信蜀兵会来，根本没做任何准备。到了第七天，探子报称谷中有小股蜀兵活动，就派秦良领五千兵去巡逻。秦良刚到谷口，蜀兵就慌忙退去。他领兵赶了五六十里，不见了蜀兵，正在歇息，吴班、吴懿、关兴、廖化领兵从前后杀来。魏兵走投无路，多半投降，秦良被廖化一刀杀死。孔明让蜀军换上魏军军服，由四将率领，直奔曹真寨。司马懿派人告诫曹真，小心蜀军，他却说根本没看见一个蜀军。不多时，军士来报，说是秦良回来了。曹真出帐相迎，寨中四处火起。关兴、廖化、二吴从前面杀来，马岱、王平从后面杀来，马忠、张翼也领兵杀到。魏军措手不及，四处逃生。正危急时，司马懿领兵来救，杀退蜀兵，到渭滨安营。曹真大败，气成重病，卧床不起。