诸葛亮平定南中叛乱，解除了后顾之忧，于是治戎讲武，准备北伐。
后主建兴五年（227）春，诸葛亮统兵进驻汉中，临行给后主上了一道《出师表》。表文恳切地劝说刘禅要奋发自励，不要妄自菲薄，满足于偏安的王室，要亲贤远佞，兴复汉室。诸葛亮表明了统一中原的壮志，说明北伐时机已经到了。他说：“如今南方已经平定，兵甲已经充足，应当奖率三军，北定中原，铲除奸凶，兴复汉室，还于旧都。”诸葛亮满怀先帝托孤的重任，真是舍不得远离后主，当他写完表文之时，眼泪像断线的珠子似的滴落下来，激动不已，不知说什么好。
诸葛亮北伐，前后六次，五次进攻，一次防守。公元228年春，诸葛亮从汉中大举出祁山，志欲一举平陇右，由于马谡违亮节度，兵败街亭退回。同年冬出散关，围陈仓，粮尽退兵。公元229年，第三次出兵蚕食魏境武都、阴平二郡。公元230年魏国分兵进攻汉中，诸葛亮防守，魏兵遇雨退回。公元231年，诸葛亮再出祁山，粮尽退军。鉴于后勤不继，诸葛亮在汉中实行大规模军屯，经过两年的充分准备，于公元234年再度大举北伐。诸葛亮出兵斜谷，屯田武功，欲与魏军作持久战，因积劳成疾，病逝五丈原而罢兵。由于诸葛亮北伐，第一次进兵走的是祁山道，所以习惯上称之为“六出祁山”。
诸葛亮北伐以失败告终，这不是意外。因为战争是政治、经济、军力的综合较量，无论哪一方面蜀汉都是劣势。曹魏占有整个黄河流域，兵强马壮，有雄兵四五十万，人才济济，勇略兼备，力量超过吴、蜀两国的总和，应付东西两线作战而有余。蜀汉偏踞一州，兵弱将寡。诸葛亮惨淡经营，才养成一支不到二十万人的军队，又要留守后方，又要东防孙吴，又要维持粮运，所以每次用兵不过十余万人，投入第一线的只有数万之众，因此只能在一个方向使用，不能数道并出。在一个方向作战，形成了消耗战，弱小之蜀注定要失败。粮运不济就是一个明显的例子。在政治上，魏明帝不失为一个明主，他刚毅果断，察纳雅言，决策正确，反应迅速，这是羸弱的后主刘禅不能相比的。诸葛亮第一次出师，曹魏关中震响，陇右天水、南安、安定三郡叛魏应亮。魏明帝亲镇关中，迅速地调兵入援，挽救了关中不备的危局。诸葛亮第五次北伐，这是一次难得的吴、蜀步调一致的协同作战。四月蜀军入秦川，五月孙权大举攻魏，亲率十余万大军向合肥，使陆逊、诸葛瑾向襄阳，孙韶、张承向广陵，三路齐出，来势凶猛，甚至智勇双全的魏将满宠也准备退出合肥。魏明帝果断地采取西守东攻的战略，使辛毗杖节监军，令与诸葛亮对阵的司马懿坚壁不出，自己亲率大军东征。魏明帝这一坚强有力的行动，使孙权闻风丧胆，不战而退，打破了吴、蜀的联合进攻。诸葛亮又陷入了孤军作战的困境，欲进不能，欲罢不忍，一筹莫展而病逝五丈原。这正是：
出师未捷身先死，长使英雄泪满襟！
以诸葛亮之智，明知伐魏不胜，为什么要劳民伤财呢？一般的看法认为诸葛亮是“以攻为守”。这既不符合客观实际，更不符合诸葛亮的本志。因为“以攻为守”，只可能在两军决战中作为战术运用，而绝不可用为以弱抗强的基本国策。诸葛亮在《后出师表》中说：“先帝虑汉贼不两立，王业不偏安，故托臣以讨贼也。臣鞠躬尽力，死而后已。”诸葛亮凄怆悲凉，念念不忘北伐中原。《后出师表》格调有些低沉，因为诸葛亮打了败仗。《前出师表》却是充满了必胜信心的。他驻屯汉中，采取的是进攻的策略，其战略是蚕食魏凉州、雍州，广拓境土，徐图中原。具体实施，先取陇右。所以，诸葛亮第一次北伐没有采纳魏延出奇兵的战略。魏延建议，他领兵五千，从褒中（今陕西褒城）出发，向东北由子午谷直取长安；诸葛亮率大军出斜谷，趋长安会师，可一举夺取关中。这正是楚汉相争时韩信暗度陈仓之计，乘敌方不备，直取关中，这是最高的战略。但诸葛亮一生谨慎，虑多决少，不敢出奇兵，以弱抗强，不出奇兵是难以取胜的。诸葛亮平取陇右的战略也有失着，他没有让赵云、邓芝直出斜谷，阻断关陇大道，使得曹魏援军越过陇山，直趋街亭，在心理上已经震慑了蜀军。所以，街亭之败，不只是误用了马谡。陈寿评诸葛亮将略为短，是符合实际的。
公元207年诸葛亮二十七岁出山辅佐刘备，到公元234年病死军中，恰好又是二十七年，诸葛亮半生操劳，尽瘁国事。诸葛亮的前半生修身养性，是他立志用世的准备阶段。他隐居隆中，静观时变，不北走曹操，南归孙权，而恰恰在曹操统一北方、南下荆州的紧要关头出山辅刘备，选择了一条以复兴汉室为己任的艰难道路。他选择的道路充分说明他是一个维护封建纲常和崇尚儒家忠义道德的正统思想家，但诸葛亮不墨守儒家教条。他尊王而不攘夷，进兵南中，和抚夷越，在三国中执行了最好的民族政策。诸葛亮后半生操劳，明法、治军，和吴、正身，以“鞠躬尽瘁，死而后已”的精神，战斗到生命的最后一息，百分之百、不折不扣地实践了自己的诺言。诸葛亮忠公体国的精神，在生前就得到蜀人的爱戴，死后长期受到蜀人的追念，立祠祭祀。尽管诸葛亮没有能够完成统一大业，但他忠贞冠世的高风亮节、竭尽忠诚的献身精神，备受历代人们的传扬，成为中华民族历史文化的珍贵遗产，唐代诗圣杜甫在《咏怀古迹五首》之五中对诸葛亮满怀**地做了高度评价和赞颂。杜诗云：
诸葛大名垂宇宙，宗臣遗像肃清高。
三分割据纡筹策，万古云霄一羽毛。
伯仲之间见伊吕，指挥若定失萧曹。
运移汉祚终难复，志决身歼军务劳。
在中国古代史上，诸葛亮是一个鞠躬尽瘁、乃心王室的典范人物，没有哪一个政治家或军事家像他那样，深受一代又一代广大人民的热爱。（张大可）