经过长期积累，有了北伐的基础。
建兴四年（226年），魏文帝曹丕死，其子曹叡继位，缺乏统治经验。
诸葛亮抓住有利时机，决定出师北伐。
建兴五年（227年），率军进驻汉中，顿兵沔阳（今陕西勉县）。
建兴六年（228年）春，诸葛亮事先扬声走斜谷道取郿，
让赵云、邓芝设疑兵吸引曹真重兵，自己率大军攻祁山。
陇右的南安、天水和安定三郡反魏附蜀，关中震响。魏明帝西镇长安，
命张合率领步骑五万人前往，大破马谡于街亭。
而同时赵云寡不敌众，失利于箕谷。
诸葛亮乃拔西县千余家返回汉中。第一次北伐失败。
诸葛亮上疏请求自贬三等，蜀后主以诸葛亮为右将军，行丞相事，所总统如前。
同年冬，诸葛亮趁魏兵东下，关中虚弱，趁机北伐，
出兵散关（今陕西省宝鸡市西南）围陈仓（今陕西省宝鸡市东），
为魏将郝昭所拒，诸葛亮劝降不成，而又粮草不继，不得已退还汉中。
魏将王双来追，被斩。
建兴七年（229年）春，诸葛亮遣陈式攻武都（今甘肃省成县周边）、
阴平（今甘肃省文县周边）二郡。雍州刺史郭淮引兵救之，
亮自出至建威（今甘肃省西和县西），郭淮退，遂得二郡。
建兴八年（230年）秋，魏军三路进攻汉中，
司马懿走西城（今陕西省安康市西北），张合走子午谷，曹真走斜谷。
诸葛亮驻军于城固（今陕西省城固县东）、赤坂（今陕西省洋县东二十里）。
时大雨三十余天，魏军撤退。同年，诸葛亮使魏延、吴懿西入羌中，
大破魏后将军费曜（瑶）、雍州刺史郭淮于阳溪（南安郡内，
当在今甘肃省武山西南一带）。
建兴九年（231年）二月，诸葛亮率大军攻祁山，始以木牛运。
时曹真病重，司马懿都督关中诸将出拒。
诸葛亮割麦于上邽（今甘肃省天水县）。
司马懿追亮至卤城（今甘肃省天水市与甘谷之间），
掘营自守，有“畏蜀如畏虎”之讥。
同年五月，诸葛亮使魏延、高翔、吴班赴拒，大破司马懿，
汉军获甲首三千级，玄铠五千领，角弩三千