两军在上邦遭遇，郭淮、费曜所带领的魏军被攻，打得一败涂地，蜀军进而占了卤城，诸葛亮亲率诸将和三军向陇上开进。诸葛亮用装神之计和疑兵吓得司马懿三天不敢出城，趁势命三万精兵把陇上小麦割完，运到卤城打晒去了。司马懿后来知道了此事，长叹道：“孔明有神出鬼没之机！”经与副都督郭淮议定，发兵两路攻打在卤城打晒麦子的蜀军。魏军乘夜来到卤城下，把城围得铁桶一样。司马懿传令攻城，岂知诸葛亮早有防备，城上万弩齐发，矢石如雨，魏军不敢前进，正在这时，四面火光冲天，喊声震天，四路伏兵一齐杀来。卤城四门大开，城内蜀军杀出，里应外合，大杀了一阵，魏军死伤无数。司马懿引败军奋死杀出重围，占领了一座山头，郭淮也领着败兵到山后扎营，坚守不出，与蜀军遥遥相对，以期蜀军粮尽后再去攻打。与此同时，一面令郭淮去偷袭剑阁，切断蜀军粮道；一面发檄文星夜往雍、凉两州调拨人马。岂知诸葛亮已先派重兵把守剑阁，郭淮见有准备只好退兵。
这次北伐，诸葛亮采纳了杨仪的建议：把北伐之兵与汉中之兵分作两班，以百日为期交换使用。当时在诸葛亮身边的八万蜀军中，有四万是马上要换班的，在这四万蜀兵收兵准备启程时，忽报西凉军马二十万来助战，司马懿又引兵来攻卤城，蜀兵无不惊骇。杨仪即计议把换班要去的四万蜀军留下退敌，待汉中兵到了，然后替换。诸葛亮听了说：“不可。我任用命将，以信为本；既有令在先，岂可失信？士兵们都有父母妻子在家等着，我今天就是有危难，也决不留他们。”即传令教应去之兵，当日便行。众军士听了，都大呼说：“丞相如此施恩于我们，我们愿意暂且不回，各舍一命，大杀魏军，以报丞相！”到了此时，诸葛亮便说：“大家既要和我出战，可以出城安营，等敌军到时，不要等待他们有所准备，便急攻之，这就是以逸待劳之法也。”众兵士领命出城，怀着必胜的信心列阵而待。
西凉人马冲杀而来，人困马乏，正准备安营歇息，忽被蜀军一拥而进，人人奋勇，将锐兵猛，西凉兵抵敌不住，望后便退。蜀军奋力追杀，杀得西凉兵尸横遍野，血流成河，丢下许多军械、武器、辎重狼狈逃走了。诸葛亮收了得胜之兵，回城赏劳。
这次北伐，连战告捷，几番重创魏军，照此进行下去，能给魏军更大的打击，造成威震中原之势。可是就在这时，由于后方负责给养的李严严重失职，致使粮草供应不上。李严为了掩盖其错误，假传后主旨意，说东吴有连魏犯蜀之举，诳诸葛亮撤军。诸葛亮虽然感到十分疑惑，可又没有办法，而且这时军中粮草也接近用完，使蜀军失去了消灭魏军主力的大好时机，只好忍痛再一次放弃了进攻中原的大好时机，带兵撤回汉中。
魏国名将张郃听说蜀军撤退，不听司马懿劝阻，率领兵马紧紧追来，追到剑阁木门谷中，忽一声响，出上火光冲天，大石乱柴滚将下来，阻断了魏军的退路。一声炮响，两边峭壁上万弩齐发，这位因抗蜀而“名著关右”的魏国名将张郃及百余部将，都被射死在木门道上。后边魏军追到时，见道路阻塞，知道张郃中计，忽听山上有人大叫：“诸葛丞相在此！”只见诸葛亮立于火光之中，对着魏兵说：“我今日围猎，欲射一‘马’误伤‘獐’。你们可安心回去，上告仲达：早晚要被我所擒。”司马懿闻报后，既暗自庆幸自己逃过大难，又伤痛叹息张郃之死，遂收兵回洛阳去了。
诸葛亮返回成都，严肃查办了李严。上表后主，把这位不顾大局，出尔反尔，只知安身求名，邀功取利的李严削职为民，流放边郡。同时分明是非，不牵连别人，把很有才干的李严的儿子李丰提升为中郎将，并写信勉励他好好干。无怪后来李严听到诸葛亮去世的消息，泪流不止，感慨至深，发病而死。
在处理了李严之后，诸葛亮感到连年征战，兵疲粮虚，于是着手整顿内政，休士耕种，操练军队，把大量车粮屯集于斜谷口一带，以解决好“粮谷军之要最”，为更大规模的出师北伐准备了三年。
公元234年2月，诸葛亮率领十万大军杀奔斜谷口，第五次北伐曹魏的战争开始了。兵出斜谷后，他一面指挥大军向前推进，占据武功，扎营五丈原；一面派使者前往东吴，约请孙权从东面出兵向曹魏进发，以形成曹魏首尾不能相顾的局面。
蜀魏两军在渭水南岸的五丈原筑营对峙。司马懿派郑文诈降以图劫营，诸葛亮将计就计，把魏军打得一败涂地。因此，司马懿又故伎重施，坚守不战，以使蜀军粮绝，从中取利。诸葛亮深知其意，用木牛流马搬运粮草，人不太劳累，非常方便。司马懿得知后很是吃惊，即派兵去抢了几匹，也如法炮制，赶造了两千多匹，从陇西搬运粮草。诸葛亮见司马懿中计，便派大将王平领兵去劫，打跑了运粮魏军。当魏军大队人马来争夺时，王平按照诸葛亮吩咐，命军士扭转木牛流马口内舌头，弃之而去。魏军得了木牛流马，就是一点也赶不动，这时蜀军伏兵杀来，魏军大败而退，蜀军又夺回去了木牛流马，扭转机关，如风拥而去。魏军远远望着，无不惊畏，不敢再来追赶。这样，蜀军轻易得了大量木牛流马和粮草。
曹魏兵多势重，粮草充足，而且主帅司马懿又足智多谋；蜀军远道而来，粮草运输困难。诸葛亮清楚地知道：同曹魏的这场战争事实上是一场旷日持久的艰苦战争。因此，他一面寻找机会打击魏军；一面“分兵屯田”，派士兵混杂在渭水之滨的农民中间种田，军一分，民二分，军民和睦相处，生产粮食供应军需，准备以引为基础，同曹魏军队长期作战。
不久，消息传来，孙权的军队被魏明帝率领的大军击溃，撤回了江东。这时，蜀魏两军已经在渭水南对峙数月，仍然没有机会进行大的决战。诸葛亮几次派人向司马懿挑战，司马懿都命令魏军坚守不出，企图以逸待劳，拖垮蜀军，使其粮尽自退。
为了与魏军决战，诸葛亮选择了上方谷的山谷，密称在此屯存粮草，并屡次故意把少量搬运粮草的木牛流马让魏军劫去，以使魏军轻敌，司马懿也有了错觉。果然司马懿自以为得计，一面令众将率主力去攻打蜀军大营，吸引蜀军主力；一面亲率一支兵马去上方谷，打算火烧蜀军粮草。
在探得谷上没有伏兵后，司马懿杀入谷中，见草房上全是干柴，前面阻拦的蜀军大将魏延已踪影不见，心中大疑。忽然，喊声震天，山上一齐丢下火把来，烧断谷口。魏军退路已断，山下火箭射下，草房干柴都烧着了，一时间火势冲天。司马懿惊得手足无措，下马抱着两个儿子恸哭说：“我父子三人今天要死在这里了！”忽然间狂风大作，黑云漫空，一声霹雷，暴雨倾盆而下，满谷的火被浇灭。司马懿父子趁势领兵奋力杀出谷去，逃奔大营，不想营寨已被蜀军夺去。司马懿只得领着败军，杀过渭河浮桥，即命烧断浮桥，据守北岸。攻打蜀军大营的魏军闻讯急退，被四面而来的蜀军掩杀，魏军大败，十伤八九，死者无数。时诸葛亮在山上见因怪雨而使司马懿父子走脱，感叹说：“‘谋事在人，成事在天。’不可强也！”
司马懿退回到渭北营中，据守不出，并传令众将：“今后再要出战者斩首。”诸葛亮千方百计企图诱惑魏军出战，无奈司马懿下了决心坚守不出。于是诸葛亮有意派人带了一套女人的衣服和书信去魏营送至司马懿，以企用羞辱的办法激怒司马懿决战，司马懿见了，心中大怒，但转念想到多次失败，于是佯装笑着说“孔明视我是妇人啊！”还假意高兴地接受了，设宴款待来使，问及诸葛亮的情况，使者俱实回答：“丞相夙兴夜寐，罚二十大板以上者都要亲自批览。一天吃的不过数升。”司马懿对众将说：“孔明食少事烦，其能久乎？”使者回去报告情况，诸葛亮感叹道：“彼深知我也！我受先帝托孤之重，唯恐他人不像我一样尽心！”
魏军众将见诸葛亮如此侮辱他们，都火冒三丈，纷纷要求与诸葛亮决一死战。但司马懿仍不动声色，他一面为了平息将领们的怒气，假意上表给魏明帝请战，一面依然坚守不出。魏明帝得知了司马懿的苦衷后，即派人持节传谕，令三军坚守勿战，众将只得奉诏坚守。
长期艰苦的军旅生活，繁重复杂的军机事务，夜以继日的忙碌和操劳，加上对统一事业不能实现的重重思虑，摧残了诸葛亮的健康，特别是出兵几个月来，一直找不到与魏军决战的良机，英雄无用武之地，更使他心情烦闷，寝食难安，健康状况日益恶化。他不得不把前方的形势和自己的病情派人报告后主，让他多留心一下国事，有个思想准备。
诸葛亮病重的消息传到成都，后主刘禅急命尚书李福星夜到军中探望，并询问今后的国家大计。诸葛亮流着泪对李福星说：“我不幸中途离世，虚废了国家大事，得罪天下。我死后，你们一定要忠心辅佐后主。国家旧制，不可改变；我所用的人，也不可轻易废用。我的兵法都传授给姜维，他自然能继承我的遗志，为国家出力。我命在旦夕之间，现有遗表上奏天子。”
李福星在与诸葛亮密谈后，带了表文，便匆匆离去了。诸葛亮支撑着病体，让人扶上小车，出寨遍观各营，自觉秋风拂面，彻骨生寒，仰天悲叹说：“悠悠苍天，我再不能临阵讨贼了！”叹息了很久，回到帐中，病情越发沉重。诸葛亮深感不久于人世，不仅对国家大事作了确切安排，还对蜀军撤退作了周密部署，并把根据自己平生所学，而写成的兵书二十四篇传给姜维，叮嘱说：“蜀中各条通道，都不必太多忧虑；只有阴平，切须仔细。这地方虽然险峻，但时间长了必有所失。”果不其然阴平后来成了魏军攻占蜀国的突破口。
过了几天，李福星急迫地又回来了，他进帐见诸葛亮丞相昏迷不醒，不禁跌足哭道：“来迟一步，是我误了国家大事！”诸葛亮忽然睁大眼睛，对李福星说：“我明白你返回的意思，你所问者，蒋琬可也。”李福星又问蒋琬之后谁可接替丞相职务，诸葛亮说：“费祎可以。”李福星再问其后时，诸葛亮闭上了眼睛，不回答了。大家近前一看，连呼不应，诸葛亮丞相已经与世长辞了。这位五十四岁的三国时代杰出的政治家和军事家，就在他最后出师敌境，誓不回首之秋，怀着对没有完成统一事业的无限痛惋，病逝在北伐前线五丈原军中。这位在当时被称为“天下奇才”的人物，他的一生无处不带神秘性，即使他闭上了眼睛，他那动人而神秘的故事也还没有完结。
诸葛亮死后，杨仪、姜维等遵他的遗嘱，密不发丧，组织蜀军一营一营缓缓而退。司马懿闻知蜀军撤退，急领军马追来。正追间，蜀军擂鼓大震，倒转旗帜，布成阵势。杀向魏军，中军大旗上书一行大字：“汉丞相武乡侯诸葛亮”，旗下数员大将，拥着一辆四轮车，车上端坐着诸葛亮。司马懿大惊失色，以为又中了诸葛亮之计，忙下令退兵，魏军争相逃命，自相践踏，死者无数。司马懿奔跑了五十多里，才被两员魏将扯住马嚼环停下，赶忙用手摸头问：“我头还在不？”两将答道：“都督不要害怕，蜀兵已去远了。”司马懿喘息半晌，神色方定，即下令撤归本寨。两天后才知诸葛亮已死，车上的乃是木人，已追悔不及。司马懿自我解嘲说：“我能料其生，不能料其死也！”这就是后人讲的“死诸葛吓走生仲达”的故事，可见人们对诸葛亮韬略和智慧钦佩已极。司马懿后来到诸葛亮驻军的地方观看，见营寨坚实牢固，军垒井然有序，禁不住地赞叹说：“诸葛亮真是天下奇才！”
“出师未捷身先死，常使英雄泪满襟。”尽管诸葛亮一生为之奋斗的目标——统一全国的宏图大业未能实现，这固然是因为蜀汉与魏国双方力量的对比悬殊，以及刘备在战略决策上的诸多失误，但他那崇高的气节，勇于献身的精神，以及杰出的智慧和才能，却永远为人们追思和缅怀。宋代王安石曾在《诸葛武侯》诗中称颂他的北伐活动说：“崎岖巴汉间，屡以弱攻强；晖晖若长庚，孤出照一方。”
汉末三国时期的历史，波澜起伏，人才辈出，涌现出了一批杰出的历史人物，诸葛亮就是这其中最具代表性的一位。他去世几十年后，还受到蜀中一带“国人歌思”，到了唐代，那里还依然“歌道遗烈”，缅怀和追念他的伟绩；直到今天，东南亚有些国家，甚至日本国中，还有许多人以诸葛亮为楷模，常思不忘。可见诸葛亮的伟大和对后世影响的深远。
诸葛亮从27岁出山到54岁病逝北伐前线五丈原，他短促而又峥嵘的一生，几乎时时处处都充满了超人的智慧和才干。他从27岁走出隆中，登上当时风云变幻的政治舞台，恰好是半生操劳，尽瘁国事。前半生是他立志用世的预备阶段，结庐隆中，因志成学；后半生则是忠勤操劳，“两朝开济”的用世之期。唯因他前半生立志立得坚决，准备用世的才干又准备得充分，所以他在后半生才以其操守贤贞、智才卓出的条件，在当时的历史条件下，做出了一番轰轰烈烈的伟业，赢得了“名垂宇宙”的崇高声誉。
历代封建统治阶级对诸葛亮的歌颂，自然有着他们本身的政治目的，但是，诸葛亮作为中国封建社会人治较为完美的成功者，有两点是被后世公认的：一是他忠于信念，矢志不移；二是他谦虚谨慎、克己奉公。三是他远见知微，一代谋略家形象。
前者反映他积极进取的精神品格，后者表示他尽瘁终身的思想作风。这或许永远为后人所追缅和学习。
“纷纷世事无穷尽，无数茫茫不可逃。鼎足三分已成梦，后人凭吊空牢骚。”往事越千年，诸葛亮所处的三国动乱之世早已成为历史，但诸葛亮作为伟大的政治家、军事家、外交家却是永垂后世的。他有远见卓识，使弱小的刘备军团迅速地壮大。他运筹帷幄、决胜千里、神机妙算的谋略家的智慧永远值得我们学习。