青龙二年（公元234年）春，沉寂了三年的关陇再起硝烟。诸葛亮以十万大军，抱着志在必得的决心再次发动了大规模的北伐战役，并同时派使者入东吴请求孙权同时举兵，力求东西策应。四月，他一反从祁山进兵的老套路，入斜谷出陇东，而且事先就在半路上设置了驿站专门转送军粮。然而，三年前司马懿就料定他必出陇东，这时魏国又怎么会没有防备。魏国的将领大多主张在渭水北岸列阵凭借天险固守，司马懿不同意：“百姓都在渭河以南，这是必争之地。”他也立即引军渡过渭水，做出了背水一战的姿态。司马懿告诉部下，诸葛亮如果东进武功，依靠着山势扎营，那么我们确实有危险；如果扎营在西边的五丈原，那么我们则高枕无忧。司马懿的这一番话，并非仅仅是料定了诸葛亮必然会在五丈原驻扎后来显示自己料敌如神的“鬼话”。后来的进程也说明了五丈原的缺陷，就是对魏军缺乏压迫力，无论用什么方法都奈何不了魏军的一个“拖”字。司马懿早就下定了避免速战速决一锤子买卖，而依靠雄厚的“内力”拖垮蜀军的决心，当然希望诸葛亮采取稳妥的方针。郭淮认为诸葛亮如果渡过渭河后占据北原，那么将断绝魏国通向陇西的道路并形成对魏军的南北夹击之势，不得不防备。司马懿赞同这个看法并立刻命令他前去驻防。郭淮的防御工事还没完工，蜀汉的军队果然蜂拥而至。郭淮勇猛出击，把这些马后炮赶跑。几天后，蜀汉军队又大举西向，郭淮又认定这必然是他们的声西击东的诡计，其真实目标必然是阳遂。果然，不久后蜀军趁黑夜偷袭阳遂，但也被有备而来的魏军打退。遭受这些局部的失利后，诸葛亮放弃了偷袭强攻边角的策略，大军和司马懿对峙在五丈原而力图先倚天屠龙解决魏军主力。诸葛亮每次出兵都为军粮而头疼，这次干脆命令士兵屯田于魏国平民间，力求当地解决。双方又一次出现了对峙。
五月，东吴的孙权也配合诸葛亮的攻势，同样带着十万大军亲征合肥新城。同时，他命令陆逊诸葛瑾带兵向襄阳，孙韶张承攻击广陵淮阴，三路大军共同动手。满宠在寿春，当时就要发兵增援合肥，但部下的田豫劝他再等一等：“孙权如此兴师动众，他的目标肯定不止是合肥一座城，而是想以合肥为诱饵逼我们决战。我们还是让他去攻坚，看他的锐气如何在坚城下消磨，然后再出手则必然大获全胜（也是敌驻我扰敌疲我打）。如果他们聪明，则不会真的去打合肥，我们又何必庸人自扰？现在出兵，正是他们所希望的。”这个时候扬州地区的魏军还没有做好战斗准备，满宠于是先上表请求朝廷能派出御林军并立即命令各地的部队结束休整准备战斗。散骑常侍（这个职位似乎相当于皇帝专门的参谋及秘书一类）刘邵建议：“如今满宠手下能够立即投入作战的部队不多，对付不了一鼓作气的吴军，不应该轻举妄动。我们可以先派精锐的步兵五千骑兵三千大摇大摆地增援，并虚张声势要截断吴军的后路粮道。那么，他们必然会惊慌失措而撤兵，我们则可以不战屈人。”曹睿采纳了这个建议。然而，满宠看到东吴声势浩大，不知是想进一步诱敌深入还是底气不足担心合肥守军覆灭，想进一步退兵到寿春。曹睿当即制止：“先帝东置合肥，南守襄阳，西固祁山，敌人来则把他们挡在这三个地方，就是因为有些地方是必争之地。孙权即使攻击合肥新城，凭他的力量那里打得下来？您只要命令大家坚守，我即将亲征。不过，我恐怕等我到了孙权就要逃。”说完，他先派秦朗（曹操的养子，他的父亲就是秦宜禄，他的母亲就是那个令关羽曹操神魂颠倒的美人）率两万人马增援司马懿，并明确下令：“您只要坚守来消挫诸葛亮的锐气，他进兵无路据守无功，时间一长粮食就成问题。靠掳掠（应该指诸葛亮屯田之举）这样的零敲碎打哪里能应付十万大军的开支？那时候他必然要撤兵。到那时再追，则是百战百胜。”作此一番“敌进我退，敌驻我扰，敌疲我打，敌退我追”的部署后当年七月，曹睿亲征孙权。满宠得到这个消息，胆子也大了起来，派敢死队趁吴军不备一把火把他们的攻城军械烧成了灰，连孙权的侄子孙泰都杀掉了。吴国的将士到了长江以北后也是水土不服疫病流行，战斗力急剧下降。曹睿离着前线还有几百里，就大摇大摆地把这个消息“泄露”给孙权。孙权当初以为诸葛亮在关陇一带能够拖住魏军主力，没想到魏国这次是东攻西守，而曹睿则气势汹汹地亲自要拿自己开刀，赶快来个“走为上计”免得自己蹩脚的陆军出洋相。老大都逃了，攻击广陵淮阴的孙韶张承也无法硬撑，三路大军就这么被打退了两路，再次验证了“孙权亲征定律”。
唯一能给东吴争气的，当然只有陆伯言。陆逊给孙权写表阐述自己的打算，没想到半路上使者被曹魏一锅端，他的亲笔信也落到了魏兵手里。这样的局势，连诸葛瑾都坐不住了，写信给陆逊：“我们的主力已经撤退，我们的计划也已经败露，雨季即将过去，还是快撤吧。”陆逊对此不理不睬，若无其事地让大家种地消遣，自己则和部下下棋射箭嘻嘻哈哈。诸葛瑾知道陆逊足智多谋，这么“不务正业”必然另有含义，于是亲自来拜访询问。陆逊这才把自己的计划全盘托出：“如今我们的两路人马都退了兵，敌人可以集中人力物力专门对付我们。要害的地方也已经被他们占据，我军军心震动。因此我故作镇定先安定军心，然后再想办法安全撤离。如今立刻退兵，对手一定会认定我们是‘落水狗’而紧追不舍，那么我们必然要被痛打啊。”两人秘密商定后，以诸葛瑾统领舟船，陆逊把这些船全都塞满后作出了攻打襄阳的架势。魏兵一向敬畏佩服陆逊的才能，连忙退保襄阳。于是，诸葛瑾把船头一改缓缓退兵，步兵也在这些船队的掩护下安全撤退。路过江夏等地时，陆逊意尤未尽反过来突袭，消灭魏军一千多人，总算是给东吴这次不成功的进攻划了个比较完美的句号。
东吴撤了，大家都劝曹睿再率主力增援长安，而在曹睿眼里蜀汉似乎连个偏师都不算：“孙权逃了后，诸葛亮是兔死狐悲，仲达的大军足以抑制他了。”不但不亲赴长安，连洛阳都不回，反而亲自进驻到了寿春后封赏对吴国这一战的功臣，并监视预防东吴可能的反扑（当年八月回到洛阳）。吴蜀联手的这一战对魏国虽然造成了压力，但由于魏国“内力深厚”而且应对有方，仍然构不成大的威胁。
这时候西边的诸葛亮，已经和司马懿对峙了一百多天，一直是“西线无战事”。无论诸葛亮用什么办法挑战，司马懿就是不应战。蜀军在五丈原风餐露宿，渐渐又要为粮食短缺发愁；由于军旅生活的艰辛和胜利遥遥无期，为公事操劳的诸葛亮身体也有了渐渐垮掉的迹象。于是，无论公私都无法再拖下去的他决定出奇招逼司马懿出战。
八月的某一天，正当司马懿欣赏“陇上一片秋色”时，魏国军营里来了一位蜀汉的使者，还声称诸葛亮有礼物给他。司马懿也是客客气气地把他请进了大帐，接过锦盒打开一看，里面是一件女子的服装，司马懿大笑：“早就听说蜀锦精美无比，真是百闻不如一见啊！不过，贱内的身材没这么…”“不是，”蜀汉的使者冷冰冰地打断，“这不是给尊夫人的，而是给都督您的。我家丞相说，您既为大将统领中原的豪杰，不考虑如何披坚执锐一决雌雄，反当起了缩头乌龟，和娘们有什么差别？因此，才特意给您订做了这套衣服。如果您不甘心受此奇耻大辱，还有点男子汉的气魄，就早点出来决战。”使者回去了，司马懿气得满脸通红，当即召集众将：“蜀汉的家伙们欺人太甚！我这就上表陛下，请他取消坚守的圣旨，说什么也要和诸葛决一死战！”看着他求战心切的表章，曹睿却糊涂了：将在外君命有所不受，这么简单的道理你身经百战的司马大将军不懂吗？辛毗笑了：“不是仲达不懂兵法，是您不懂仲达啊。他根本就不想现在打，就等着您下一道诏书来压制那些气头上的部下。”于是，曹睿派辛毗带着杖节等来给司马懿作军师，还明令坚守，擅自出战者以违抗圣旨论处！这个辛毗是个出了名的硬骨头，当年因为认定曹丕的某项措施是错的而据理力争，扯着曹丕的龙袍堵着曹丕的家门，硬是把这个魏文帝都逼得开口求了饶。来了这么一个“老顽固”，那些气头上的魏国将军们有劲没处使，而根本不想使劲的司马懿趁机“忍气吞声”，魏国军营里又恢复了安宁（注1）。
这样的事情，当然传到了蜀汉的军营。姜维听说后，来向诸葛亮汇报，然后叹了口气：“辛毗来了，还带来了圣旨，敌人不会出战了。”这样的把戏当然瞒不了诸葛亮：“司马懿根本就不想打，因此才会故意千里请战，这是他压服三军的法子。将在外君命有所不受，攻上庸杀孟达时，他请过圣旨嘛？真的能打赢我们，他会废那个劲？”但是，诸葛亮能洞察司马懿的诡计，却不能逼其就范，同样有劲没处使。他只好再次派使者来打探一下消息。司马懿还是笑容可掬，把这个使者请进后好酒好菜地招待，言谈之间绝不提军政大事，既不泄漏自己的情况也不打探对手的底细，反过来却满嘴日常琐事，还顺便问了问诸葛亮的饮食起居。使者回答：“诸葛丞相每天为公事操劳，起早贪黑废寝忘食。凡是杖则二十以上的刑罚都要亲自过问，每天的饮食少的很。”司马懿一听，当即点头称赞：“果然是勤恳，令人感动。”然而这个使者一走，司马懿就对自己人开始摇头叹息：“这么干的人，迟早要累死。诸葛亮也不是铁打的，活不长了。”
果然，这个时候的诸葛亮已经是病入膏肓，不但司马懿看透，连成都的后主刘禅都开始布置他的后事了。他连忙把尚书仆射李福派来，一方面慰问诸葛的病情，一方面安排诸葛的后事。李福见到诸葛亮后慰问交谈一番就返回了成都。然而，没几天他又满头大汗地跑了回来。病榻上的诸葛亮明白他的来意：“我死后，军政大事可以交给蒋琬，蒋琬之后，可以交给费祎。”“费袆之后？”面对着李福的追问，诸葛亮默然无语（注2）。
当年八月，诸葛亮以五十四岁的英年病逝于五丈原（作为对比，司马懿长他两岁，这时还健康得很）。临终前他巡视全军，感叹自己再无法为国尽力了。弥留之际，他将全军的指挥权交给了长史杨仪，并安排了撤退的事宜。诸葛去世后蜀军则在杨仪的统领下退军。司马懿接到老百姓的报告后立刻追击，姜维命令蜀军反过来作出决战的架势，司马懿见到蜀军并没有慌乱，不敢放肆而退。回去后，他仔细察看了蜀军的营寨，对他的对手也是相当佩服：“诸葛亮真是天下奇才啊。”不过，他同时也看到了蜀军撤退时的匆忙：蜀军退兵时，营寨中的图书粮草很多都没来得及带走或销毁。他当时就断定，诸葛亮肯定死了，蜀军必然是真的撤退，立刻要再次追击。然而，那个死脑筋辛毗这时没转过弯来，还是一如既往地阻止。司马懿急了：“军事上重要的东西，不过就是军书密计兵马粮草。如今这些全都不要了，好比一个人扔掉了五脏难道还能苟活吗？诸葛亮肯定死了，快追，不然就来不及了。”然而，蜀军在逼退司马懿后也没有放松警惕，撤退的路上插满了蒺藜等路障，这么一来司马懿当然追不到了。
诸葛亮的历次北伐，到此划下句号。
附录蜀相杜甫
丞相祠堂何处寻？锦官城外柏森森。
映阶碧草自春色，隔叶黄鹂空好音。
三顾频烦天下计，两朝开济老臣心。
出师未捷身先死，长使英雄泪满襟。
注1世说新语中记载，诸葛亮派人去打探魏军的动向，这些人回来后报告：“魏国军营门口有个老头，拿着黄钺（皇帝的信物）堵着军营的门口，魏国的将军们谁都不敢出来。”诸葛亮当即就明白了：“那个老头肯定是辛毗。”
注2三国演义中记载诸葛亮死于此时，而实际上他明白，周围的人除了这两个外无人可以信赖，即使是那个后来与他们三人并称四相（四英）的董允。后来蜀汉的进程也证明了这一点。