孔明回到漢中，忽見尚書費祎奉后主差派來問：“中護軍李嚴奏稱軍糧已辦，丞相無故回師，天子因此命某來問何故。”孔明大疑，令人訪察才知：乃是李嚴因軍糧不濟，故妄報吳兵來犯；待聞大兵已回漢中，卻又妄奏天子，遮飾己過。孔明大怒，即與部將吳班等聯名上書后主，請求罷黜李嚴。后主覽其奏章道：“自先帝駕崩，李嚴全念其家庭，以小恩惠待其部眾，只思平穩處世求名，全不慮國家大事。臣出兵北伐，望李嚴帶兵前往鎮守漢中，其再三借口推辭，并無北來漢中之意，反欲并五郡作巴州，自請為刺史。去歲西征，又欲李嚴鎮守漢中，其卻說司馬懿開府于魏，聘其為重職厚爵。臣知李嚴鄙陋，借臣臨行之機迫臣，以利益分之也。臣為國家急務，于是表奏任其子李豐主管江州，破格待遇。李嚴至漢中任上，臣將大小事權全部委付，朝廷上下均以臣厚待李嚴為怪。臣為此者，皆因國家大事未定，漢室傾危，伐李嚴之短，莫若褒之也。臣只謂李嚴本性爭榮奪譽、重于利益而已，未料其竟顛倒是非，以致如此。若任其久存，必將禍敗朝廷。為臣愚暗，多言徒增愧咎之情矣。”
后主見表中字字有據，鐵證如山，亦怒氣勃發，自然維護不得，詔命將李嚴貶為平民，令遷去梓潼，與蠻夷雜處。說話的，你道那李嚴與孔明同為托孤重臣，怎地后主說罷就罷，毫無商量余地？皆因此時軍政大權皆在孔明之手，而李嚴又不自律，屢次與孔明作對，犯錯太多，此時不得不罷其官，以穩孔明之心也。前番李嚴重用茍安，致令差些便離間后主、相父成功，本是大罪，孔明未加追究，只是重責蔣琬、費祎了事，其實也是為給李嚴一個面子，令其自醒。奈何李嚴得寸進尺，不去反思，以改己過何？正如孔明表中所奏，早在建興四年，孔明初次伐魏，便調李嚴率軍前來鎮守漢中，以絕后顧之憂。但李嚴卻借機求分五郡新建巴州，并求任刺史，孔明怒而未允，由是奏請其鎮守江州，兼催督軍糧，且命陳到制之。
孔明三次北伐時大敗曹真，舉國沸騰。李嚴又勸孔明該受九錫，慫恿其應進爵稱王，被孔明識破其險惡用心，加以駁斥。這一條因不欲使眾臣知道，故此未列入奏表之中。二人由此不睦，逐漸形合影離。尚書令陳震與李嚴乃是同鄉，在出使東吳前，曾私下對孔明說道：“李正方腹中有鱗甲，丞相須防其一二，忽至噬臍不及。”即謂李嚴心術不正，可能會制造事端也。孔明當時只是含糊以對，心中依然認為可與李嚴相忍為國、并肩合作。建興八年，曹魏大司馬曹真三路進逼漢川，為加強漢中防務，孔明再命李嚴率二萬人趕赴漢中阻擊敵軍。李嚴不滿被調離江州，便令朝中東州私交故友傳言，說司馬懿已設置官署厚爵，前來誘降自己。因己為蜀漢重臣，忠于先帝托孤之恩，故而未從。孔明聞言便知其意，于是上表遷李嚴為驃騎將軍，又表奏其子李豐接替總督江州防務，李嚴這才北上。此時忽改名為李平，意謂胸中塊壘稍平，其心胸狹窄如此。建興十二年冬，李嚴在梓潼聽說諸葛亮去世，于是激憤發病而死。因其企望孔明會再次起用自己，今孔明即死，無人再敢用此托孤大臣也。
且說后主處置了李嚴，孔明即奏薦用李嚴長子李豐為長史，然后辭帝出征。后主依依不舍道：“方今已成鼎足之勢，吳、魏不曾入寇，相父何不安享太平？”孔明道：“臣受先帝知遇之恩，夢寐之間，未嘗不設伐魏之策。今臣老矣，隨臣慣戰之將也相繼凋零，再過數年，魏兵來伐我時，臣恐連拒敵之將也無。”話猶未了，忽見漢壽亭侯關興之子關統號哭上殿，報父病亡。孔明放聲大哭，昏倒于地，半晌方蘇。后主為之嘆息，潸然淚下，于是下令厚葬，以關統承襲漢壽亭侯爵祿，為父守墓三年。奏準相父孔明北伐，于北門外設宴送行。
孔明回到漢中，引蜀兵十五萬分五路而進，令姜維、魏延為先鋒，皆出祁山取齊。此時馬均來報，木牛流馬已監造齊備，各造五千，共一萬輛，足支十五萬大軍使用。孔明大喜，即令李豐與馬均監運糧草，先于斜谷道口伺候，然后大兵盡舉。司馬懿聞報孔明又出，心中大定，遂遣使復向洛陽告急。魏主曹睿大驚，便問群臣怎生拒敵。大將軍曹爽奏道：“可嘆大將張郃，莫名其妙而亡。臣舉夏侯淵四子：長名霸，字仲權；次名威，字季權；三名惠，字稚權；四名和，字義權。霸、威二人，弓馬熟嫻；惠、和二人，諳知韜略，皆非夏侯楙所可比也。可令夏侯霸、夏侯威為左右先鋒，夏侯惠、夏侯和為行軍司馬，共贊軍機，以退蜀兵。”曹睿乃從其請，遣夏侯四兄弟前往河西，聽候大都督司馬懿調遣。并差天使隨軍到渭濱大營，以手詔賜司馬懿道：“若諸葛亮軍至，卿宜堅壁固守，勿與交鋒。蜀兵不得志，必詐退誘敵，卿慎勿追。待彼糧盡，必將自走，然后乘虛攻之，則取勝不難。”司馬懿受詔，即調集各處軍馬共三十萬，皆來渭濱下寨。又于渭水上搭起九座浮橋，令郭淮、孫禮總督隴西軍馬，據北原下寨，深溝高壘，按兵休動。二將領命，各引兵下寨而去。
魏軍安排妥當，蜀兵亦出漢中。孔明復出祁山，以魏延、馬岱為左右先鋒，升吳班為驃騎將軍，假節，封綿竹侯，命督后部軍馬。即命馬岱包圍祁山魏將賈嗣、魏平部，阻其出營，己軍并以木牛流馬運輸糧草，源源不斷。細作報到渭濱大寨，司馬懿即留部將費曜、戴陵率四千兵把守上邽，自率先鋒夏侯霸、夏侯威渡過渭水安營，并于營后東原筑起一城，以防不虞。諸葛亮見司馬懿大軍已渡渭南，知道強攻不可，即率大軍西行，佯作移軍攻取大散關、隴城等地，再回師進攻司馬懿之狀。司馬懿召集諸將會議，眾將皆謂諸葛亮欲攻西圍。惟郭淮力謂孔明虛張聲勢，是要讓魏軍回救西圍，其真正目標卻是陽遂，乃請兵前往鎮守。
司馬懿未料郭淮能猜透孔明計謀，又不能阻止，無奈允之，令其率一萬精兵去了。當天夜間，蜀軍果然進攻陽遂，因城中早有防備，未能成功而退。至此，兩軍相持于祁山至渭南之間，戰線交互間錯，連綿數百里。孔明于是按五方五行，以相生相輔之位連下五個大寨，自斜谷至劍閣又下十四個大寨，分屯十五萬軍馬。這日孔明正在帳中，忽報郭淮、孫禮領隴西之兵于北原下寨。孔明謂諸將道：“魏兵于北原安營者，懼我阻絕隴道也。吾今虛攻北原，卻暗取渭濱。若得渡渭水之南，則進兵不難。”諸將遵令而行。郭淮見孔明來攻，急使人飛報司馬懿。司馬懿暗自著急，心內埋怨孔明：“我渡過渭南來接應于你，卻玩甚么花活，非搞甚么聲北擊南？”但被魏主安排夏侯四兄弟在營，不能獨斷專行，于是便喚諸將計議。
夏侯惠恃己才能，上前進言道：“孔明今以取北原為名，其實欲順水來燒浮橋，以攻渭南為實也。大都督可令夏侯霸、夏侯威提兵于渭南，待蜀兵至而擊之；又令張虎、樂綝引弓弩手伏于渭水浮橋北岸，休令蜀兵木筏近橋。又令郭淮、孫禮人馬盡伏于半路，引蜀兵來追，卻以弓弩射之。若蜀兵大至，都督可如此如此。”司馬懿聽他隨口安排諸兵，如數家珍，不由暗吸一口冷氣道：“此賊，比其賊父強之多矣！”因諸將盡在，只可依其所諫下令。
孔明引軍出了祁山大營，西行未遠，便重新分兵派將：令魏延、馬岱引兵渡渭水往攻北原，吳班、吳懿引兵乘坐木筏去燒浮橋；王平、張嶷去攻魏國渭濱大營。眾將領命，分頭依計行事。卻說魏延、馬岱將近北原，四下喊聲大震：左有司馬懿，右有郭淮，兩路魏兵殺來。魏延、馬岱奮力殺出，幸得吳懿救了過岸。吳班撐筏順水來燒浮橋，卻被張虎、樂綝在岸上亂箭射住，前進不得，眾軍跳水逃命，木筏盡被魏兵奪去。王平、張嶷不知北原兵敗，直奔到渭濱敵營，忽背后中軍傳令兵來說：“攻北原兵與燒浮橋兵俱失，丞相教軍馬急回。”王平、張嶷急退軍時，卻被魏兵抄在背后，一齊殺來。王平、張嶷引兵相迎，混戰一場殺出，折傷大半。孔明回到祁山大寨，收聚三路敗兵，見折了萬余人，兩軍又陷于相持，心中憂悶。思想魏國大軍盡集于此，自己獨力難支，忽想起盟友孫權，即修書一封，令快馬至成都交與費祎，命其出使東吳，到建業投遞。費祎持書徑到建業，入見吳主孫權，呈上孔明之書。孫權拆書視之，是約請出兵伐魏，以平分天下之意。孫權覽畢大喜，乃謂費祎道：“朕久欲興兵，未得會合孔明。今既有書到，朕決意親征，請先生回復孔明。”費祎告辭而去。
魏黃龍二年，吳嘉禾三年五月，孫權應蜀漢丞相諸葛孔明約請，大發吳兵十萬之眾，兵分三路攻魏。第一路兵，吳帝孫權親率兵六萬入居巢門，北取魏國合肥新城；第二路兵，陸遜、諸葛瑾率兵二萬西出江夏、沔口，北取襄陽；第三路兵，孫韶、張承出兵二萬，東攻廣陵以取淮陰。左中右三軍啟行，共計十萬大軍。費祎離了建業，不返成都，直到祁山大寨見丞相孔明，具言吳主起兵，兵分三路而進。孔明大喜，設酒款待費祎，使其自回成都。
孔明遣走費祎，便與眾將計議進兵之計。長史楊儀入告：今糧米皆在劍閣，人夫牛馬搬運不便，費時耗力，勞而無功。孔明大笑，即喚馬均問道：“今木牛流馬運糧如何了？”馬均答道：“木牛流馬各五千輛，木牛每輛運千斤，流馬每輛可裝八百斤，共九百萬斤糧米，明日便可送到大營。我十五萬大軍，每運一次，足支一月食用。”楊儀聽了，驚訝不止，半信半疑。次日，軍糧果至祁山，孔明令楊儀率五千人，分給各營半月之糧，其余搬入倉庫，命姜維派重兵防守。眾軍見那萬輛木牛流馬布滿山谷，蔚為壯觀，不由歡呼雷動。