三国时期隶属于蜀汉管辖的南中地区，包括今天云南、贵州和四川西南部一带，古称“夷越之地”。由于东汉统治者的“赋敛烦扰”，激起了南中各族人民的反抗，残酷的镇压使得人民掀起更大规模的反抗，而一部分少数民族奴隶主“夷帅”和汉族豪强地主“万士大姓”，时刻都在寻机激化矛盾，以便达到他们割据自雄的目的。由于上层分子雍恺、孟获等的造谣和煽动宣传，不少人受骗跑到叛军中去，叛乱几乎达到整个南中地区。
公元225年3月，经过近两年的“闭关息民”，在把内政外交各方面安排好后，诸葛亮感到出兵平定南中叛乱的时机已经成熟，于是亲自统领大军南下平叛。
诸葛亮采用了“攻心为上，攻城为下，心战为上，兵战为下”的策略来平定南中之乱。诸葛亮采取反间计杀了叛乱首领雍恺、朱褒，全歼高定部后，五月渡泸，深入不毛，开始征讨孟获。孟获收雍恺等人的余部，继续与蜀军对峙。作为少数民族的首领，孟获在南中为“夷汉所服”，是当地一位很有影响和威望的人物。诸葛亮决定收服孟获，然后使他从心里臣服蜀汉政权，在西南少数民族中造成影响，以便长期稳定南中局势。
孟获在蜀汉大军到来时，聚集三洞元帅讨论，后派三位洞帅各领兵五万，分左、中、右三路来迎战。诸葛亮用激将法，使赵云、魏延两位老将军杀奔敌军营寨，大败蛮兵，斩了敌军中路元帅，左右两路敌军元帅从山路逃跑时也被埋伏的蜀军擒获。
诸葛亮命人解去两位洞主元帅的绳索，赐给酒食衣服，让两人各自归去。孟获闻知兵败，大怒，遂率兵进发。诸葛亮使王平诈败，引诱孟获军进入埋伏圈。孟获见蜀军旌旗四起，队伍杂乱，即生轻敌之意，驱兵追击王平。正追杀时，蜀将张嶷、张翼两路兵马突然杀出，截断后路。王平领兵杀回，赵云、魏延从两侧夹击，孟获抵挡不住，被魏延生擒活捉。
诸葛亮让人解去被俘蛮兵的捆绑，安抚说：“你们都是好百姓，不幸被孟获蛊惑，今受惊吓了。我想你们的家人一定倚门而望，我今天全放你们回去，以安各自家人之心。”蛮兵深感其恩，哭着拜谢归家。诸葛亮对孟获不杀不辱，反而加以款待，让他观看蜀军的营垒和阵容。孟获并未服气，声称自己是因为未知虚实而中了埋伏，并说再战必胜。诸葛亮便笑着放他回去，让他整顿军马再来交锋。结果孟获又一次兵败被捉。可是他还是不服气，于是诸葛亮又把他放回去。就这样，一捉一放，前后共七次。第七次孟获被捉住的时候，诸葛亮微笑说要放他回去，这时孟获终于心悦诚服地说：“公，天威也，南人不复返矣”。这就是历史上诸葛亮“七擒孟获”的故事。
北伐曹魏，统一全国，复兴汉室，这是诸葛亮早在《隆中对》中就已定下的奋斗目标。他的一系列措施，都是同实现这一目标分不开的。同东吴重修盟好，使北伐无东顾之忧；征抚南夷，使北伐既有安定的后方，又增强了国力；经过对朝政的大力治理，做到内部安定，国富兵强。经过这样一番努力，诸葛亮开始北伐了。
公元226年，魏文帝曹丕病死，其子曹睿初继帝位。诸葛亮抓住这个大好时机，把蜀中诸事安排妥后，第二年便率领大军开往汉中一带，准备北伐。临行，他向后主刘禅上了一道表章，表云：
先帝创业未半，而中道崩殂。今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚应开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。
宫中府中，俱为一体，陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科，及为忠善者，宜付有司，论其刑赏，以昭陛下平明之理，不宜偏私，使内外异法也。侍中侍郎郭攸之、费袆、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝选拔以遗陛下。愚以为宫中府中，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰能，是以众议举宠为督。愚以为营中之事，悉以咨之，必能使阵营和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之信之，则汉室之隆，可计日而待也。
臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事。由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾危，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明。故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，平定中原。庶竭驽钝，镶除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。
至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、袆、允之任也。愿陛下托臣以讨贼兴复之效；不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、袆允等之慢，以彰其咎。陛下亦宜自谋，以谘诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。臣不胜受恩感激。今当远离，临表涕零，不知所云。
这就是后世名垂千古的《出师表》。通篇凝聚着诸葛亮公忠体国、励精图治的精神品格，无处不表现他北定中原、谋求统一的坚定信念，言出肺腑，情真意切，发人深省，感人至深。正因为这样，此表传颂万古，光照后世。
正当北伐的战事朝着有利于蜀军方面迅速发展时，一个意外的事故却使整个局势发生急转直下的弯化。蜀军前锋马谡在街亭一带（今甘肃秦安西北）与魏军作战中，违背诸葛亮的意诣，又拒绝副将王平的劝阻，盲目自大，一意孤行，错误地丢弃城池不守，远离水源，把军队防守在孤立的山头上，结果被打得大败，致街亭失守，蜀军失去了前进的有利据点，致使整个战局向有利于魏军方面转化了。此时，赵云、邓芝也在东线失利。如果在这种被动不利局面下再继续作战，蜀军势必遭到更大损失。于是诸葛亮急忙调兵遣将，准备返归汉中。
诸葛亮分拨完毕，自己领着五千名士兵到西城县搬运粮草。这时司马懿浩浩荡荡率十五万大军兵临西城。当时诸葛亮身边无有大将，所领的五千军已有一半先运粮草走了，只剩下二千五百人在城中。如果弃城而奔，必不能远逃。众人都大惊失色，不知所措，诸葛亮却意气自若，令“军中偃旗息鼓，诸军各守城门，不许妄自出入，不许高声言语；四门大开，每一门上用二十军士扮作百姓洒扫街道”。诸葛亮披鹤氅，戴纶巾，领着两个小童子，在城上敌楼前，凭栏而坐，焚香操琴。司马懿率军到了城下，看见如此模样，心中大疑，他素知诸葛亮生平谨慎，不曾弄险，今大开城门，必有伏兵。于是引军尽皆逃退。诸葛亮见魏军远去，抚掌大笑，一切都在意料中，然后拔西城百姓还于汉中等待新的战事。后来司马懿再到西城时，仰天长叹：“我不如孔明！”
初战祁山失利的主要原因，是由于街亭的失守。马谡本来是一个只善纸上谈兵，无实际作战经验的人，诸葛亮不禁想起刘备临终的告诫：马谡言过其实，不可大用。内心极为悔恨，错用马谡，致使整个战局失利。回到汉中，立即挥泪按军法把马谡斩首，然后上表后主，自贬丞相之职，贬秩三等为右将军，以明国法。
第一次北伐的失利，没有使诸葛亮丧失统一的信心。他一面奖赏有功人员，抚恤阵亡将士的家属；一面总结教训，休整军队，励兵耕种，等待再次进兵中原的机会。公元228年冬天，曹魏大将曹休被东吴翻阳太守周鲂行使假降计，打得大败，魏军主力大部分被吸引东下，救助曹休。关中空虚。诸葛亮乘此时机，又亲率大军杀出散关，包围了陈仓。陈仓地险要，易守难攻，是自古兵家必争之地。由于陈仓魏军早有准备，因此蜀军遭到拼死抵抗。陈仓守将郝昭，有勇有谋，加上城池高大、坚固，所以仗打得异常激烈、艰苦。攻城蜀军架起的云梯被守军用火箭射中起火，攻城的冲车也被城上飞下来的巨石砸毁。然后蜀军搬土填平护城河，准备筑岗直攻，也没有成功。后来挖的地道也被城中魏军所挖的横沟截断而告失败。激烈的战斗一直打了二十多天，陈仓还是没有被攻破。诸葛亮眼看粮草将尽，又探得曹魏救兵也将赶到，只好下令退兵。魏国将军王双恃勇轻敌，领兵穷追，哪知诸葛亮早有安排，待王双进入埋伏圈后，一声令下，仗兵四起，立斩王双，然后从容退兵回到汉中。
公元229年春，稍事整顿后，诸葛亮开始了第三次北伐。鉴于前两次远攻失利，这次采取了近取固本的方案。他派部将陈式进兵攻取武都、阴平二郡，亲统大军继后，潜率军西上，以策应陈式。当魏国雍州刺史郭淮从陇西起兵进击陈式时，诸葛亮大军突然兵临建威，惊走了郭淮，收复了二郡。诸葛亮留兵驻守，又对当地羌人做了一番安抚工作，然后收兵返归汉中。从此武都、阴平二郡正式并入蜀汉版图。
诸葛亮回到汉中后不久，后主降诏恢复了他丞相的官职。可就在这一年，赵云病逝，诸葛亮十分悲痛，跌足而哭道：“子龙身故，国家损一栋梁，我去一臂也！”众将无不痛哭流涕。同年四月，吴王孙权称帝，诸葛亮从大局出发，为了集中力量攻打曹魏，消除了内部一些人要与东吴断绝盟好的要求。派陈震为使到东吴去祝贺，从而使吴蜀联盟更加巩固。诸葛亮为再次出兵北伐，作了充分准备。在南郑筑汉城，成固筑乐城，以加强汉中防务。为了克服蜀道的艰险难行，解决战时的粮草运输困难，他设计建造了木牛流马来运送军粮，以确保与魏军长期作战。还改进制作了一种新式连弩箭，“一弩十矢俱发”，有较大杀伤力，是当时第一流武器。到了第三年秋天，诸葛亮还未出兵，却听说魏国大兴三路兵马杀奔汉中来了。
诸葛亮正在操练人马，学习八阵之法，达到精熟，听到魏军主动来犯，遂叫来张嶷、王平吩咐说：“你二人先领一千人去守陈仓古道，以阻魏兵；我率大军随后便来接应。”二将面面相觑，哀告说：“人报魏军四十万，诈称八十万，声势很大，我们领一千兵如何能抵挡？丞相欲杀我二人，就此请杀，只不敢去。”诸葛亮笑着说：“我夜观天文，知月内必有大雨，魏军加有四十万，怎敢深入险阻之地？我将大军在汉中屯居，以逸待劳，等到魏兵退时，随后掩杀，必获全胜。”二将听了大喜，拜辞而去。
不出诸葛亮所料，随后下了三十多天大雨，曹真军入子午谷，走了一个多月也没有走出谷口，司马懿早就在中途停下。这时，魏明帝下诏退兵，各路大军接到命令就立刻撤退了。蜀军众将都要追击，诸葛亮知司马懿善能用兵，今军退必有埋伏，故暂令不追。果然几天后埋伏的魏兵撤去，诸葛亮随后兵分两路，一路出箕谷战司马懿，一路出斜谷攻曹真。因司马懿早有准备，打败蜀军，而曹真却被蜀军打得落花流水。诸葛亮写信给曹真，笑他不学无术，竟把曹真气死军中。魏主下诏催司马懿出战，司马懿与诸葛亮斗阵不过，大怒挥军交战，结果大败而逃，退到渭滨南岸下寨，坚守不出。后因苟安运粮误期被罚，投降魏军，司马懿令其潜回成都散布流言，使后主下诏命令退兵，诸葛亮长叹：“主上年幼，必有佞臣在侧！我如不回，是欺主矣。若奉命而退，日后再难得此机会也。”即下令兵分五路，以增灶法依次而退，使司马懿疑有伏兵而不敢追，不折一人而回。司马懿后来知道后，仰天长叹：“孔明谋略，我不如也！”遂引大军回洛阳。
公元231年春天，诸葛亮在处理好蜀汉内部事务后，再次率兵开进祁山，开始第四次北伐。他命李严住汉中督办粮苦，供应前方，自己亲率大军北攻，团团包转了魏军固守的祁山。魏主曹睿得讯，立即派司马懿率大军火速去救。诸葛亮听后，果断地留下王平带部分精锐军马继续攻打祁山，而自己亲率蜀军主力迎战。