太和二年（228年）五月，吳鄱陽太守周魴派人送親筆信給曹休，謊稱受到吳王責難，打算棄吳降魏，請求派兵接應。曹休未辨真僞，即率步、騎兵10萬人，去皖城（今安徽潛山）接應。明帝也（治晉陽，今太原西南）命司馬懿率軍向江陵（今湖北江陵），與曹休相策應。八月，曹休爲吳軍大敗，殘部幸得賈逵接應，方得生還。
太和三年（227年），蜀丞相諸葛亮第三次出兵攻魏，並佔據武都、陰平二郡。太和四年（230年），魏明帝決定興師伐蜀。升司馬懿任大將軍、加大都督、假黃鉞，與大司馬曹真一起伐蜀。
八月，魏明帝命曹真率主力由長安入子午谷，左將軍張郃出斜谷，司馬懿自荊州溯漢水出西城（今陝西安康西北），將兵分三路會攻漢中。司馬懿從西城開拓道路，水陸並進，沿着沔水逆流而上，直達朐腮，攻克新豐縣，駐軍丹口，後遇雨班師。
太和五年（231年），二月，蜀漢丞相諸葛亮率軍第四齣進攻魏，包圍祁山（今甘肅東南部山地）賈嗣、魏平部，並以木牛流馬運輸糧草。明帝對司馬懿說：“西方有事，非君莫可付者”，派他西駐長安，都督左將軍張郃、雍州刺史郭淮等防禦蜀軍。司馬懿留部將費曜、戴陵率4000人守邽（今甘肅天水），自率主力西救祁山。張郃勸司馬懿分兵駐紮雍、郿兩地，以作大軍後鎮。司馬懿不同意，他說：“料前軍獨能當之者，將軍言是也。若不能當，而分爲前後，此楚之三軍所以爲黥布禽也。”於是挺進喻麋。
諸葛亮聞魏大軍將至，亦分兵一部繼攻祁山，自率主力迎擊司馬懿。郭淮及費曜等部襲擊蜀軍，被諸葛亮擊破。便親率蜀軍乘勢搶先收割熟麥，獲得軍糧。
至此，史書上對今後的作戰卻有了兩種截然不同的記載。
記載一如下：……亮聞大軍且至，乃自帥衆將芟上邽之麥。諸將皆懼，帝曰：“吾倍道疲勞，此曉兵者之所貪也。亮不敢據渭水，此易與耳。”進次漢陽，與亮相遇，帝列陣以待之。使將牛金輕騎餌之，兵才接而亮退，追至祁山。亮屯滷城（今甘肅天水南），據南北二山，斷水爲重圍。帝攻拔其圍，亮宵遁。追擊，破之，俘斬萬計。
記載二如下：……郭淮、費曜等徼亮，亮破之，因大芟刈其麥，與懿遇於上邽之東。懿斂軍依險，兵不得交，亮引還。懿等尋亮後至於滷城。張郃曰：“彼遠來逆我，請戰不得，謂我利不在戰，欲以長計制之也。且祁山知大軍已在近，人情自固，可止屯於此，分爲奇兵，示出其後，不宜進前而不敢逼，坐失民望也。今亮孤軍食少，亦行去矣。”懿不從，故尋亮。既至，又登山掘營，不肯戰。賈詡、魏平數請戰，因曰：“公畏蜀如虎，奈天下笑何！”懿病之。諸將鹹請戰。夏，五月，辛已，懿乃使張郃攻無當監何平於南圍，自案中道向亮。亮使魏延、高翔、吳班逆戰，魏兵大敗，漢人獲甲着三千，懿還保營。六月，亮以糧盡退軍，司馬懿遣張郃追之。郃進至木門（今甘肅天水西南），與亮戰，蜀人乘高布伏，弓弩亂髮，飛矢中郃右膝而卒。
可以看出，前者說司馬懿大勝，後者則說司馬懿大敗。而《三國志》中諸葛亮、張郃、郭淮等人的傳記中，對此都一帶而過。而且前者對司馬懿讓張郃去追擊蜀之避而不談。相對而言，還是後者可信度高些。現在的軍事工具書也都以後者記載爲準。
蜀軍退軍後，軍師杜襲、督軍薛悌都估計諸葛亮明年麥熟時還會入侵，建議趁冬天調運糧草，解決隴右糧少問題。司馬懿認爲：“亮再出祁山，一攻陳倉，挫衄而反。縱其後出，不復攻城，當求野戰，必在隴東，不在西也。亮每以糧少爲恨，歸必積穀，以吾料之，非三稔不能動矣”。
青龍二年（234年）二月，蜀丞相諸葛亮率軍10萬出斜谷攻魏，四月，諸葛亮至郿縣（今陝西眉縣北），進駐渭水之南。魏大將軍司馬懿率軍渡渭水，背水築壘阻擊。諸將想在渭北與諸葛亮隔水相持，司馬懿說：“百姓積聚皆在渭南，此必爭之地也”（《晉書?宣帝紀》）。遂渡渭背水紮營。司馬懿分析形勢後，對諸將說：“亮若勇者，當出武功依山而東，若西上五丈原（今陝西眉縣西南），則諸軍無事矣”。
諸葛亮果然上五丈原。魏諸將皆喜，唯獨雍州刺史郭淮深以爲憂，他說：“亮必爭北原，宜先據之”，諸將多不以爲然。郭淮說：“若亮跨渭登原，連兵北山，隔絕隴道，搖盪民、夷，此非國之利也”。司馬懿這才意識到北原的重要性，命郭淮等率兵移屯北原。塹壘尚未成，蜀軍果至，攻而未克，兩軍遂成對峙狀態。
五月，吳軍10萬三路攻魏，以配合蜀軍作戰。魏明帝派秦郎率2萬人援司馬懿，自率主力****吳軍。七月，吳軍撤走。
諸葛亮東進的道路受阻於司馬懿，從渭水前進，又有郭淮阻擋，乃移軍攻取散關，隴城等地，然後回師進攻司馬懿。
八月，司馬懿遵照明帝“堅壁拒守，以逸待勞”的指示，與諸葛亮相持百餘日。諸葛亮數次挑戰，司馬懿均堅壁不出，欲待蜀軍糧盡，相機****。諸葛亮便派人給司馬懿送來“巾幗婦人之飾”羞辱之，欲激司馬懿出戰，司馬懿仍不出戰。爲平息部屬不滿情緒，故意裝怒，上表請戰。明帝不許，並派骨鯁之臣辛毗杖節來做司馬懿的軍師，以節制他的行動。後諸葛亮一來挑戰，司馬懿就要帶兵出擊，辛毗杖節立於軍門，司馬懿便不出兵。
辛毗到時，蜀將姜維就對諸葛亮說：“辛毗杖節而至，賊不復出矣。”諸葛亮則說：“彼本無戰心，所以固請者，以示武於其衆耳。將在軍，君命有所不受，苟能制吾，豈千里而請戰邪”！諸葛亮遂分兵屯田，做長久屯駐之準備。
司馬懿的弟弟司馬孚來信問前線軍情，司馬懿回信說：“亮志大而不見機，多謀而少決，好兵而無權，雖提卒十萬，已墮吾畫中，破之必矣”。
不久，諸葛亮遣使求戰，司馬懿不談軍事，問使者：“諸葛公起居何如，食可幾米？”使者說：“三四升。”然後對問政事，使者說：“二十罰已上皆自省覽。”經過一番不經意的詢問，司馬懿對人說：“諸葛孔明其能久乎”！果然，諸葛亮於當月病故於五丈原軍中。
蜀將秘不發喪，整軍後退。當地百姓見蜀軍撤走，向司馬懿報告，司馬懿出兵追擊。蜀將楊儀返旗鳴鼓，做出回擊的樣子，司馬懿以爲中計，急忙收軍退回。第二天，司馬懿到諸葛亮營壘巡視，“觀其遺事，獲其圖書、糧谷甚衆”。司馬懿據此斷定諸葛亮已死，並贊諸葛亮“天下奇才也”。
辛毗認爲諸葛亮死否尚不可知，司馬懿說：“軍家所重，軍書密計、兵馬糧谷，今皆棄之，豈有人捐其五藏而可以生乎？宜急追之”。於是，率兵急追。關中地多蒺藜，司馬懿派三千士兵腳穿軟材料做成的平底木屐，在大軍前行走，蒺藜都刺在木屐上，然後大軍馬步並進。一直追到赤岸，這纔得到諸葛亮的確切死訊。當時人有諺語說：“死諸葛走生仲達”，司馬懿笑着說：“吾便料生，不便料死故也”。
歷時七年的諸葛亮攻魏之戰至此結束。諸葛亮不顧戰略上的失策，以一州之地強攻中原之魏，縱使竭忠盡智，終因實力懸殊而難以實現其戰略目的。而魏國則在司馬懿等人的人正確指揮下，以優勢兵力採取防禦戰略，最終不戰不退蜀軍，取得了最後的勝利。”想到諸葛兩與司馬懿種種，要是放在以前張浪不得不佩服諸葛亮，但是現在，看着堂下的正在商量討論的衆人。張浪想“要是他們知道這麼多，會作何感想？”諸葛亮雖然厲害，而且還敗了司馬懿很多次。但始終最後的勝利是司馬懿的！就算曆史有誤諸葛亮遠勝於司馬懿，那又怎麼樣呢？劉備已經不是當年的楞頭青了，加之諸葛亮現在是鐵了心的輔佐劉備。自己這到手的肉怎麼能分給別人呢？何況還是個可怕的對手！