马谡死了，诸葛亮擦干了眼泪，继续励兵讲武，准备新的北伐。同年十二月，魏国与吴国在石亭交战，魏军主力都派到东边，关中兵力薄弱，诸葛亮趁此机会发动了第二次北伐。
诸葛亮出散关，围陈仓。然而陈仓地势险要，易守难攻，魏国守将郝昭也作足准备，诸葛亮率军攻而不克，便派遣郝昭的同乡靳祥到城下劝降，被郝昭拒绝。诸葛亮思量自己的士兵有数万人，陈仓守军只有一千多人，再加上魏国援军需要些时日才能来到，便决定实施强攻。
他用云梯、冲车攻城，魏军用火箭射云梯，用绳子连着石磨砸击冲车，云梯和冲车都被烧毁击坏。诸葛亮又构筑了百尺高的井栏，也就是木楼，让士兵登上木楼向城中射箭，以掩护以土填壕、直接攀城的士兵，然而魏军在城内又构筑了一层城墙，这次攻击又失败了。诸葛亮又命人挖地道进城，魏军以地道反地道，在城内横向挖掘地道，堵住蜀军。
双方输攻墨守，你来我往，昼夜相拒，不觉间二十多天已经过去，诸葛亮军粮告罄，不得不引兵退去。魏将王双见诸葛退兵，就率骑兵追击。诸葛亮攻不了城却不代表作战能力弱，回转身来与王双交战，轻轻松松就打败了魏军，杀了王双。此时，魏将援军还在路上，没有抵达陈仓。
公元229年，诸葛亮第三次北伐。这次为了巩固汉中，开拓疆域，诸葛亮派遣陈式进攻第一次北伐降蜀、街亭之战后又被魏军收复的武都和阴平两郡。魏国雍州刺史郭淮派兵前来救援，诸葛亮亲自率领主力到建威阻击，郭淮被迫撤退。武都、阴平两郡回到蜀军手中，诸葛亮留兵驻守，自己回到汉中。
这次北伐取得了胜利，刘禅就下诏书，恢复了诸葛亮的丞相地位。
武都、阴平被蜀军所占，魏明帝曹睿自然不情愿，公元230年，他决定兴师伐蜀。当年八月，魏军兵分三路，大司马曹真率主力从长安入子午谷，左将军张郃出斜谷，大将军司马懿从荆州出西城合攻汉中。诸葛亮也不示弱，他自率部队到城固、赤坂，令骠骑将军李严率两万增援汉中，又派镇北将军魏延和关中都督吴懿率轻骑出祁山、入羌中，联合羌人扰乱魏军后方，以牵制魏军。在阳溪，蜀军和魏军遭遇，蜀军击败魏将费曜及雍州刺史郭淮部。魏将继续进军，途中大雨连降三十多天，山洪四起，道路阻绝，兵士伤亡严重，辎重大量耗损。谋臣华歆、杨阜、王肃就向魏明帝上书，建议他不要强进，知难而退，以图再举。魏明帝听取了意见，九月下诏诸军还师，伐蜀之役就此中止。
公元231年二月，经过两年的准备，诸葛亮第四次北伐，包围了祁山。以往蜀军总是困于军粮不济，这次诸葛亮用木牛来运输军粮，作好了与魏军长期作战的准备。
魏明帝派大将军司马懿进驻长安，左将军张郃、雍州刺史郭淮防御蜀军。司马懿就让部将费曜、戴陵率四千人守上邽，自己率领主力援救祁山。诸葛亮一面分兵继续攻打祁山，一面亲自率领主力攻击司马懿。郭淮和费曜率部袭击蜀军，被诸葛亮击破，蜀军趁势收割了当地的熟麦，作为军粮。司马懿据险防守，任凭蜀军如何挑战，都不出战，诸葛亮只好退兵。司马懿又像影子般尾随至卤城，却依山筑营，只与蜀军相峙，决不出击。五月，魏军诸将耐不住性子，请求出击，司马懿无奈，只好命张郃包围祁山的蜀军，却未能攻克。司马懿自己率部攻打诸葛亮，被诸葛亮派遣的魏延等部击破。蜀军大破魏军，获得甲首三千级、玄铠五千领，角弩三千张，司马懿急忙退回营垒。
六月，诸葛亮命李严向前线运输军粮，此时连天大雨，山路垮塌，运输军粮非常困难，李严便写信向诸葛亮说明情况。诸葛亮见军粮不济，只好撤军。司马懿又派遣张郃追击，追到木门，蜀军在高处设下埋伏，弓箭齐发，终于将张郃这个心腹之患射杀，诸葛亮回师汉中。
第四次撤军又是因为军粮运输困难，诸葛亮便在斜谷口设置粮站，进行备战。公元234年二月，沉寂了三年的关陇再起硝烟，诸葛亮率十万军队进行第五次，也是最后一次北伐。这次北伐，诸葛亮同时派出使者入吴请求孙权同时出兵，以求东西策应。诸葛亮本人一反从祁山进兵的老套路，入斜谷出陇东。
四月，诸葛亮到郿县，进驻渭水之南。司马懿也引兵渡过渭水，背水筑垒阻击蜀军。诸葛亮进入五丈原，司马懿派遣刺史郭淮抢占北原，蜀军攻而不克，两军在五丈原对峙。诸葛亮担心军粮运输困难再一次拖后腿，便分兵屯田，作好了长久屯驻的准备。
五月，孙权配合诸葛亮的攻势，率领十万大军亲征合肥，同时又命陆逊、诸葛瑾率兵攻击襄阳，孙韶、张承攻击广陵、淮阳。魏明帝曹睿派秦朗率两万人援助司马懿，自己亲率主力阻击吴军。吴军到长江以北后，水土不服影响了战斗力，七月就匆匆退兵。
八月，司马懿遵照魏明帝“坚壁拒守，以逸待劳”的指示，无论诸葛亮如何挑战，反正就是坚决不理睬、不出战。不知不觉间，一百多天过去了，来的时候还是夏天，现在秋天的凉意已经渐渐逼近，长期的操劳令诸葛亮身心俱疲，身体状况越来越差。无奈，诸葛亮只好让人给司马懿送了一件特殊的礼物。
相比之下，司马懿这边就轻松多了，他仿佛不是来打仗的，而是来体验荒野生活的。这天，正当他悠闲地欣赏江边秋色的时候，魏国军营里来了一位蜀汉的使者，声称诸葛亮有礼物送来。司马懿就客客气气地把他请进了大帐，打开礼盒一看，是一件颜色鲜艳的女子的服装。司马懿大笑道：“早就听说蜀锦精美无比，百闻不如一见，不过，这件衣服内人穿可能有点儿大了。”蜀汉的使者冷冷地答道：“错了，这不是给尊夫人的，是给都督您的。我家丞相说，您既为魏国大将，不思一决雌雄，却躲在营里和女人有什么区别。您如果还有点儿男子汉的气魄，就早点儿出来决个胜负！”
司马懿听完这话，气得满脸通红，将使者打发走之后，就召集众将说：“蜀汉的人欺人太甚，我这就上表陛下，请他取消坚守的圣旨，说什么也要和诸葛亮决一死战！”收到求战的表章，曹睿却糊涂了，将在外，君命有所不受，又何必巴巴地特地来请旨呢？辛毗却笑了：“您是不懂仲达啊，他根本就不想现在出战，就等着您下一道诏书来应付那些求战的部下。”曹睿恍然大悟，便派辛毗带着杖节来给司马懿当军师。
以后，只要诸葛亮来挑战，司马懿就作势带兵出战，辛毗则持着杖节拦在营帐门口，司马懿便不出兵。姜维听说后，就来向诸葛亮说：“辛毗带着杖节来了，敌人不会出战了。”诸葛亮当然清楚魏人演的是什么戏，于是叹了口气说：“司马懿根本就不想打，所以才会千里请战，以此堵住三军之口。将在外，君命有所不受。他若真的能打赢我们，就不会回去请战了。”
诸葛亮能洞察司马懿的诡计，却无法迫使其就范，只好再次派使者前去打听消息，司马懿依然一团笑容，好酒好菜地招待使者，只字不提军政大事，只是关切地询问诸葛亮的饮食起居。使者回答说：“丞相每日为公事操劳，起早贪黑，废寝忘食，凡是杖责二十以上的刑罚都要亲自过问，每天吃的也很少。”司马懿一听，点头赞许：“真是令人感动。”使者一走，他就对自己人摇头说：“诸葛亮这么操劳，命不会久了。”
当月，诸葛亮积劳成疾，一病不起。后主刘禅便派尚书仆射李福探望诸葛亮的病情，几天后，李福去而复返，这时诸葛亮的病情已经恶化。他知道李福此来的意思，便说：“我死之后，军政大事可交给蒋琬，蒋琬之后，可交给费祎。”李福又问，那费祎之后呢？诸葛亮默默无语，不再回答。
五丈原莽莽苍苍，秦川连绵不绝，秋风携带着凉意在原野上呜咽而过，诸葛亮知道他将要在这里告别人世。从27岁那年跟随刘备离开隆中，又一个二十七年就这样过去了。半生殚精竭虑、戎马倥偬却未曾分得半壁江山，诸葛亮纵然愿意不惜以风烛残年病弱之躯，承受鞍马劳顿之苦，实现安邦治国的理想，奈何上天却不给他时间了。秋色萧索，秋声萧瑟，诸葛亮在无尽的遗憾中离开了人世，终年54岁，历时七年的诸葛亮伐魏之战至此结束。
诸葛亮去世后，蜀军在杨仪的带领下有序撤退。司马懿接到报告立马就生猛了，即刻率兵追击，姜维命令蜀军回头作出决战的架势，司马懿以为这是蜀军使的诱敌之计，不敢放肆，遂挥退部下。蜀军撤后，他仔细地查看了诸葛亮留下的营垒，忍不住赞叹说：“诸葛亮真是天下奇才啊！”
有什么样的溢美之词能比得上来自敌人的称赞呢？！
蜀国的国力与魏国相差数倍，根本无法与魏国抗衡。何况蜀国又占有险要地形，易守难攻，蜀国何不守住地盘，休养生息，积蓄国力呢？这是很多人不解的问题，还有人因此诟病诸葛亮的军事谋略。事实上，诸葛亮北伐的真正目的，并非与魏国决战，而是得到民风彪悍、多出战马的西凉。
诸葛亮认识到荆州不可复得，益州不足以制天下，而一旦控制雍凉，既能够斩断魏国右臂，又可积蓄自身力量，困扰诸葛亮的兵员、粮运甚至人才问题都可以迎刃而解。而且，背后还没有一个随时会背弃盟约的东吴，从而就可以从全局上实现对《隆中对》的修正，一步步实现恢复汉朝的大业。
整个北伐就是以雍凉为战略目标，围绕关陇地区而战。回看北伐，第一次如果街亭不丢，诸葛亮就可以实现对关中的缓图；第二次李严粮草得运，就可以凭借战后优势挫败司马懿；最后一次跨渭河登北原成功，就可以动摇魏国的西方利益。每一次皆有胜的可能，但每一次诸葛亮都与胜利失之交臂，最后饮恨渭水。或许成功除了依赖自身努力外，还需要上天的成全。
客观形势不利于自己，对手又过于强悍，使得诸葛亮的北伐之举只开花不结果。然而诸葛亮人格的伟大之处，就体现在他勇于向命运挑战，决不向困难和绝望低头，只要一息尚存，就努力不停，进取不止，用他自己的话来形容就是“鞠躬尽力，死而后已，至于成败利钝，非臣之明所能逆睹也”。从这个意义上来说，诸葛亮拥有的是完美的人生征途，而人们热爱他、敬仰他，既是出于对他匡世济民的理想的赞赏，睿智卓越的办事能力的钦佩，更是对他知难而进、进取不止的人格力量的敬慕。