曹睿得知孙权率三路大军进攻襄阳等地的消息，亲自率兵赶往合肥迎战，又命田豫、刘劭救援襄阳、江夏。曹睿来到巢湖口，与吴军相遇，令满宠、张球连夜袭击吴军水寨。吴军没有防备，不战而走，被魏军烧毁了战船粮草。陆逊得到消息，派人给孙权送信，请孙权派兵截断魏军的后路，不料信使被魏军抓获，魏军加强了戒备。陆逊见机密泄露，便与孙权约定，逐步撤兵。几天以后，吴军撤回江东，曹睿见孙权撤兵，不敢大意，亲自驻守合肥，以防有变。

诸葛亮在祁山，一面令蜀军将士与当地百姓共同耕地种田，以便长久驻军，一面派兵向魏军挑战，引诱司马懿出战，司马懿不为所动，仍然坚守不出。诸葛亮便密令马岱制造地雷，布置在上方谷。之后，诸葛亮令魏延出战，吸引魏军追赶，务必将司马懿引诱进上方谷；命高翔驱赶木牛流马照常运粮，吸引魏军抢夺；又命与百姓共同种田的军士攻打渭南，截住魏军的退路。

夏侯惠、夏侯和向司马懿请战，司马懿见夏侯兄弟决心出战，便准许他们出战。夏侯惠、夏侯和连续出兵，连连得胜。司马懿见蜀军连续战败，逐渐放松了警惕。司马懿从俘虏口中得知，诸葛亮将中军帐移到了上方谷，便命众将攻打蜀军大营，自己随后接应。诸葛亮望见得知魏军攻打蜀军大营的消息，传令众将准备趁机夺取魏军大营，占领渭南。

魏军向蜀军大营发起攻势，蜀军四面杀来，假装赶来救援。司马懿见了，亲率司马师、司马昭杀奔上方谷而来，准备烧毁蜀军的粮草。在半路上，魏延杀出，又一路败退，将司马懿父子引诱进上方谷。司马懿进入上方谷，见谷内只有草房，并没有守军，又不见了魏延的踪影，猛然醒悟，说道：“如果诸葛亮截住谷口，我军必败！”于是立即传令撤退。

正在此时，蜀军从谷顶冲出，居高临下丢下火把，引燃了草房，大火顿时在谷中蔓延。接着，蜀军又释放事先布置好的地雷，魏军大乱，被烧死射死者不计其数。司马懿率司马师、司马昭前后冲突，始终不能冲出上方谷，惊得手足无措，抱在一起放声痛哭，说道：“我们父子三人要死在上方谷了！”正在此时，突然狂风大作，阴云密布，随即下起了暴雨，上方谷的火都被雨水浇灭了，地雷、火器也不能发挥威力。司马懿大声疾呼：“天助我也！”急忙上马，率司马师、司马昭冲出谷口逃走了。

这一战，司马懿父子险些被烧死在上方谷，魏军将士得知司马懿战败的消息，兵无战心，纷纷逃窜，死者不计其数。蜀军夺了魏军的营寨，占领了渭南。司马懿逃到渭水北岸，令人烧断浮桥，坚守不出。诸葛亮原本以为上方谷一场大火必定能烧死司马懿，不料一场预料之外的暴雨拯救了司马懿的性命，只得长叹一声，说道：“‘谋事在人，成事在天。’天意不可强求！”

打败了司马懿，诸葛亮继续进军，在五丈原安营扎寨。诸葛亮见司马懿坚守不战，心生一计，令人给司马懿送去一身女人的衣服，又讽刺司马懿像女人般胆小。司马懿恼怒不已，表面上却装得心平气和，问来使道：“诸葛丞相繁忙吗？睡眠饮食可好？”使者回答道：“丞相日夜忙碌，即使是二十军棍的惩罚，都要亲自过问。但吃的很少，每天只吃几升米。”司马懿听了，对众将说道：“如此下去，诸葛亮还能撑多久！”

使者回见诸葛亮，将司马懿的原话回报给诸葛亮，诸葛亮叹气道：“司马懿懂我的心！”主簿杨颙（yóng）劝诸葛亮不必事必躬亲，举丙吉不问横道死人[119]和陈平不知钱谷之数[120]的例子，劝他将小事交待给下属督办。诸葛亮流着泪说道：“我当然懂得这些道理，只是我受先帝托孤之重，担心别人不能像我尽心尽力。”众人听了，感动不已，纷纷落泪。诸葛亮也觉得心神不宁，便下令停止进军，在原地驻守。

郭淮、孙礼等人请求出战，司马懿不准，惹得全军将士愤怒不已，司马懿便与众将商议，上书曹睿请求出战。曹睿看了司马懿的奏章，召集文武大臣问道：“司马懿决心坚守，又何必上表请求出战？”卫尉辛毗奏道：“司马懿主张坚守，部将却要求出战，因此请求陛下下旨令他驻守，以便镇服众将。”曹睿恍然大悟，令辛毗为使者，传令司马懿不许出战。郭淮等人见皇帝下令不许出战，只得作罢。

费祎从成都来到五丈原，回报说吴军被魏军打败，已经退兵了。诸葛亮听了，大惊失色，竟然昏倒在地，醒来以后叹气道：“我旧病复发，恐怕活不了多久。”这天夜里，诸葛亮夜观天象，又吃了一惊，对姜维说道：“我很快就要死了。”姜维劝道：“虽然天象不利于丞相，但可以用祈禳[121]之法挽救。”诸葛亮便命姜维准备祈禳，说道：“如果在七天之内主灯没有熄灭，我的寿命就能延长一纪[122]，否则立即就死。”

八月十五这一天，姜维按照诸葛亮的吩咐，召集四十九名穿皂衣持皂旗的军士，环绕在中军帐外。诸葛亮在中军帐点起七盏大灯和四十九盏小灯，中间又点起一盏主灯，然后亲自作法祈祷。一连七天，诸葛亮白天带病处理军务，晚上作法祈祷。

司马懿料到诸葛亮已经病倒了，令夏侯霸前去试探蜀军动静。魏延得知夏侯霸率兵杀来的消息，急忙闯进中军帐向诸葛亮报告，竟然将主灯扑灭了。诸葛亮见了，叹气道：“生死由命，不可强求。”姜维大怒，要杀魏延，诸葛亮劝道：“这是我命中注定，与魏延无关。”于是令魏延出战，打退夏侯霸。司马懿见夏侯霸兵败，不敢轻举妄动。

诸葛亮将姜维叫到床前，说道：“我本想竭尽全力恢复中原，无奈天不助我。我就要死了，我将兵书传授给你，千万不可辜负我的重托。”姜维痛哭流涕，点头答应。诸葛亮又说道：“阴平地势险峻，但要细心提防，以免有失。”姜维点头答应。接着又叫来马岱，交给他一个锦囊，令他依计而行。又叫来杨仪，说道：“我死之后，魏延必然造反。我已经做好安排，到时自然有人杀他。”说罢便晕过去了。

杨仪等人急忙派人到成都禀报刘禅，刘禅派尚书李福赶来询问后事。诸葛亮清醒过来，对李福说道：“不可轻易改变国家的制度，也不可罢免我重用的人才。我已经将毕生学问传给姜维，他会继承我的遗志，为国效力。”

诸葛亮强撑着身体，坐上小车在军营里巡视一番，长叹道：“悠悠苍天，为何这样残忍！”回到中军帐，病情更加严重了，对杨仪说道：“王平、廖化、张翼、张嶷、吴懿等，都能担当大任。我死以后，你要依照我的方法，缓缓退兵。姜维可以断后。”说罢，又给刘禅写了奏章，再次嘱咐后事。写完奏章，又对杨仪说道：“我死以后，不要发丧，将尸体放在大龛[123]里，嘴里放七粒米，脚下点一盏灯，将星就不会落下，阴魂也不会消散，司马懿必然心疑，不敢轻易出战。如果司马懿追来，将我的木像推到阵前，他必然退走。”杨仪一一点头，牢记在心。

这时，李福又回来了，问道：“丞相百年[124]之后，谁可以继任？”诸葛亮答道：“蒋琬可以。”李福又问道：“蒋琬之后呢？”诸葛亮答道：“费祎可以。”李福又问道：“费祎之后呢？”诸葛亮没有说话，众人一看，已经亡故了。诸葛亮死时，是建兴十二年八月二十三日，年仅五十四岁。

诸葛亮死后，杨仪、姜维按照诸葛亮的吩咐，下令秘密撤军，魏延负责断后。费祎到魏延军中传达命令，魏延说道：“虽然丞相已死，但我魏延还在！由杨仪护送丞相的灵柩[125]返回成都即可，我统率大军与司马懿交战！我是前将军、征西大将军，杨仪只是长史，怎能给我下命令！”杨仪得知魏延不遵将令，便命姜维断后，自己率大军返回汉中。魏延得知杨仪率大军撤退的消息，与马岱率兵赶来，

司马懿夜观天象，见一颗流星坠落到蜀军大营，知道诸葛亮已经死了，但担心又被诸葛亮戏弄，因此不敢追击，只派夏侯霸前去打探消息。夏侯霸到五丈原时，蜀军已经退走了，立即回报司马懿，司马懿立即率兵追击。眼看就要追上蜀军了，蜀军却不慌不忙，转身列成阵势，又推出一辆小车，司马懿远远望见车上坐的是诸葛亮，惊呼道：“诸葛亮没死，又中计了！”说罢，带头逃跑了。魏兵大乱，互相踩踏，死者不计其数。过了两天，司马懿得到消息，诸葛亮的确死了，他见到的是诸葛亮的木像，懊恼不已，随后也班师回朝了。

蜀军退到剑阁道口时，发现魏延烧毁了栈道，又守住道口，不许蜀军通过。杨仪决定绕到魏延身后攻击魏延，魏延得到消息，亲自率兵前来迎战。先锋何平出战，对魏延的部下喊道：“你们都是西川人，亲人都在西川，而且丞相对你们恩重如山，怎敢协助魏延造反？赶快回家与亲人团聚！”将士们听了，一哄而散，魏延拦挡不住，只有马岱紧随其后。

魏延丢了兵马，势单力薄，打算投靠魏国，在马岱的劝说下决定攻打南郑。杨仪率兵迎战，说道：“魏延！如果你敢大喊三声‘谁敢杀我’，我便将军权交给你！”魏延哈哈大笑，说道：“诸葛亮已经死了，天下还有谁敢与我为敌！”说罢，高喊道：“谁敢杀我！”站在他身后的马岱应声答道：“我敢杀你！”一刀砍掉了魏延的脑袋。

杀了魏延以后，杨仪等护送诸葛亮灵柩回到成都，刘禅亲自出迎，见了灵柩嚎啕大哭，蜀国上下，不论公卿大夫还是黎民百姓，不论男女老幼，全都痛哭不已，哀声震地。遵照诸葛亮的遗愿，刘禅将诸葛亮安葬在定军山。

刘禅派参军中郎将宗预出使东吴，向东吴报丧。当着宗预的面，孙权折断一枝金鈚箭，发誓永远不背叛吴蜀的同盟关系。刘禅得知消息，这才放下心来。遵照诸葛亮的遗言，刘禅任命蒋琬为丞相、大将军；费祎为尚书令；吴懿为车骑将军；姜维为辅汉将军、平襄侯，总督全国兵马，驻屯汉中。