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為準。
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。司馬懿認為：“亮再出祁山，一攻陳倉，挫衄而反。縱其後出，不複攻城，當求野戰，必在隴東，不在西也。亮每以糧少為恨，歸必積穀，以吾料之，非三稔不能動矣”(《晉書·宣帝紀》)。
青龍二年(234年)二月，蜀丞相諸葛亮率軍10萬出斜穀攻魏，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”(《晉書·宣帝紀》)。
諸葛亮果然上五丈原。魏諸將皆喜，唯獨雍州刺史郭淮深以為憂，他說：“亮必爭北原，宜先據之”(《資治通鑒·卷第七十二》)，諸將多不以為然。郭淮說：“若亮跨渭登原，連兵北山，隔絕隴道，搖蕩民、夷，此非國之利也”(《三國誌·魏書·郭淮傳》)。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，自率主力反攻吳軍。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，欲待蜀軍糧儘，相機反攻。諸葛亮便派人給司馬懿送來“巾幗婦人之飾”(《晉書·宣帝紀》)羞辱之，欲激司馬懿出戰，司馬懿仍不出戰。為平息部屬不滿情緒，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，以節製他的行動。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，蜀將薑維就對諸葛亮說：“辛毗杖節而至，賊不複出矣。”諸葛亮則說：“彼本無戰心，所以固請者，以示武於其眾耳。將在軍，君命有所不受，苟能製吾，豈千裡而請戰邪”(《晉書·宣帝紀》)！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：“亮誌大而不見機，多謀而少決，好兵而無權，雖提卒十萬，已墮吾畫中，破之必矣”(《晉書·宣帝紀》)。
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”(《晉書·宣帝紀》)！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，司馬懿以為中計，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、糧穀甚眾”(《晉書·宣帝紀》)。司馬懿據此斷定諸葛亮已死，並讚諸葛亮“天下奇才也”(《晉書·宣帝紀》)。
辛毗認為諸葛亮死否尚不可知，司馬懿說：“軍家所重，軍書密計、兵馬糧穀，今皆棄之，豈有人捐其五藏而可以生乎？宜急追之”(《晉書·宣帝紀》)。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，這才得到諸葛亮的確切死訊。當時人有諺語說：“死諸葛走生仲達”，司馬懿笑著說：“吾便料生，不便料死故也”(《晉書·宣帝紀》)。
曆時七年的諸葛亮攻魏之戰至此結束。
蜀將楊儀、魏延在撤軍後爭權，楊儀殺死魏延。司馬懿想乘機攻蜀，明帝沒批準，作罷。
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