馬謖死了，諸葛亮擦乾了眼淚，繼續勵兵講武，準備新的北伐。同年十二月，魏國與吳國在石亭交戰，魏軍主力都派到東邊，關中兵力薄弱，諸葛亮趁此機會發動了第二次北伐。
諸葛亮出散關，圍陳倉。然而陳倉地勢險要，易守難攻，魏國守將郝昭也作足準備，諸葛亮率軍攻而不克，便派遣郝昭的同鄉靳祥到城下勸降，被郝昭拒絕。諸葛亮思量自己的士兵有數万人，陳倉守軍只有一千多人，再加上魏國援軍需要些時日才能來到，便決定實施強攻。
他用雲梯、衝車攻城，魏軍用火箭射雲梯，用繩子連著石磨砸擊衝車，雲梯和衝車都被燒毀擊壞。諸葛亮又構築了百尺高的井欄，也就是木樓，讓士兵登上木樓向城中射箭，以掩護以土填壕、直接攀城的士兵，然而魏軍在城內又構築了一層城牆，這次攻擊又失敗了。諸葛亮又命人挖地道進城，魏軍以地道反地道，在城內橫向挖掘地道，堵住蜀軍。
雙方輸攻墨守，你來我往，晝夜相拒，不覺間二十多天已經過去，諸葛亮軍糧告罄，不得不引兵退去。魏將王雙見諸葛退兵，就率騎兵追擊。諸葛亮攻不了城卻不代表作戰能力弱，迴轉身來與王雙交戰，輕輕鬆鬆就打敗了魏軍，殺了王雙。此時，魏將援軍還在路上，沒有抵達陳倉。
公元229年，諸葛亮第三次北伐。這次為了鞏固漢中，開拓疆域，諸葛亮派遣陳式進攻第一次北伐降蜀、街亭之戰後又被魏軍收復的武都和陰平兩郡。魏國雍州刺史郭淮派兵前來救援，諸葛亮親自率領主力到建威阻擊，郭淮被迫撤退。武都、陰平兩郡回到蜀軍手中，諸葛亮留兵駐守，自己回到漢中。
這次北伐取得了勝利，劉禪就下詔書，恢復了諸葛亮的丞相地位。
武都、陰平被蜀軍所佔，魏明帝曹叡自然不情願，公元230年，他決定興師伐蜀。當年八月，魏軍兵分三路，大司馬曹真率主力從長安入子午谷，左將軍張郃出斜谷，大將軍司馬懿從荊州出西城合攻漢中。諸葛亮也不示弱，他自率部隊到城固、赤坂，令驃騎將軍李嚴率兩萬增援漢中，又派鎮北將軍魏延和關中都督吳懿率輕騎出祁山、入羌中，聯合羌人擾亂魏軍後方，以牽制魏軍。在陽溪，蜀軍和魏軍遭遇，蜀軍擊敗魏將費曜及雍州刺史郭淮部。魏將繼續進軍，途中大雨連降三十多天，山洪四起，道路阻絕，兵士傷亡嚴重，輜重大量耗損。謀臣華歆、楊阜、王肅就向魏明帝上書，建議他不要強進，知難而退，以圖再舉。魏明帝聽取了意見，九月下詔諸軍還師，伐蜀之役就此中止。
公元231年二月，經過兩年的準備，諸葛亮第四次北伐，包圍了祁山。以往蜀軍總是困於軍糧不濟，這次諸葛亮用木牛來運輸軍糧，作好了與魏軍長期作戰的準備。
魏明帝派大將軍司馬懿進駐長安，左將軍張郃、雍州刺史郭淮防禦蜀軍。司馬懿就讓部將費曜、戴陵率四千人守上邽，自己率領主力援救祁山。諸葛亮一面分兵繼續攻打祁山，一面親自率領主力攻擊司馬懿。郭淮和費曜率部襲擊蜀軍，被諸葛亮擊破，蜀軍趁勢收割了當地的熟麥，作為軍糧。司馬懿據險防守，任憑蜀軍如何挑戰，都不出戰，諸葛亮只好退兵。司馬懿又像影子般尾隨至鹵城，卻依山築營，只與蜀軍相峙，決不出擊。五月，魏軍諸將耐不住性子，請求出擊，司馬懿無奈，只好命張郃包圍祁山的蜀軍，卻未能攻克。司馬懿自己率部攻打諸葛亮，被諸葛亮派遣的魏延等部擊破。蜀軍大破魏軍，獲得甲首三千級、玄鎧五千領，角弩三千張，司馬懿急忙退回營壘。
六月，諸葛亮命李嚴向前線運輸軍糧，此時連天大雨，山路垮塌，運輸軍糧非常困難，李嚴便寫信向諸葛亮說明情況。諸葛亮見軍糧不濟，只好撤軍。司馬懿又派遣張郃追擊，追到木門，蜀軍在高處設下埋伏，弓箭齊發，終於將張郃這個心腹之患射殺，諸葛亮回師漢中。
第四次撤軍又是因為軍糧運輸困難，諸葛亮便在斜谷口設置糧站，進行備戰。公元234年二月，沉寂了三年的關隴再起硝煙，諸葛亮率十萬軍隊進行第五次，也是最後一次北伐。這次北伐，諸葛亮同時派出使者入吳請求孫權同時出兵，以求東西策應。諸葛亮本人一反從祁山進兵的老套路，入斜谷出隴東。
四月，諸葛亮到郿縣，進駐渭水之南。司馬懿也引兵渡過渭水，背水築壘阻擊蜀軍。諸葛亮進入五丈原，司馬懿派遣刺史郭淮搶占北原，蜀軍攻而不克，兩軍在五丈原對峙。諸葛亮擔心軍糧運輸困難再一次拖後腿，便分兵屯田，作好了長久屯駐的準備。
五月，孫權配合諸葛亮的攻勢，率領十萬大軍親征合肥，同時又命陸遜、諸葛瑾率兵攻擊襄陽，孫韶、張承攻擊廣陵、淮陽。魏明帝曹叡派秦朗率兩萬人援助司馬懿，自己親率主力阻擊吳軍。吳軍到長江以北後，水土不服影響了戰鬥力，七月就匆匆退兵。
八月，司馬懿遵照魏明帝“堅壁拒守，以逸待勞”的指示，無論諸葛亮如何挑戰，反正就是堅決不理睬、不出戰。不知不覺間，一百多天過去了，來的時候還是夏天，現在秋天的涼意已經漸漸逼近，長期的操勞令諸葛亮身心俱疲，身體狀況越來越差。無奈，諸葛亮只好讓人給司馬懿送了一件特殊的禮物。
相比之下，司馬懿這邊就輕鬆多了，他彷彿不是來打仗的，而是來體驗荒野生活的。這天，正當他悠閒地欣賞江邊秋色的時候，魏國軍營裡來了一位蜀漢的使者，聲稱諸葛亮有禮物送來。司馬懿就客客氣氣地把他請進了大帳，打開禮盒一看，是一件顏色鮮豔的女子的服裝。司馬懿大笑道：“早就听說蜀錦精美無比，百聞不如一見，不過，這件衣服內人穿可能有點兒大了。”蜀漢的使者冷冷地答道：“錯了，這不是給尊夫人的，是給都督您的。我家丞相說，您既為魏國大將，不思一決雌雄，卻躲在營里和女人有什麼區別。您如果還有點兒男子漢的氣魄，就早點兒出來決個勝負！”
司馬懿聽完這話，氣得滿臉通紅，將使者打發走之後，就召集眾將說：“蜀漢的人欺人太甚，我這就上表陛下，請他取消堅守的聖旨，說什麼也要和諸葛亮決一死戰！”收到求戰的表章，曹叡卻糊塗了，將在外，君命有所不受，又何必巴巴地特地來請旨呢？辛毗卻笑了：“您是不懂仲達啊，他根本就不想現在出戰，就等著您下一道詔書來應付那些求戰的部下。”曹叡恍然大悟，便派辛毗帶著杖節來給司馬懿當軍師。
以後，只要諸葛亮來挑戰，司馬懿就作勢帶兵出戰，辛毗則持著杖節攔在營帳門口，司馬懿便不出兵。姜維聽說後，就來向諸葛亮說：“辛毗帶著杖節來了，敵人不會出戰了。”諸葛亮當然清楚魏人演的是什麼戲，於是嘆了口氣說：“司馬懿根本就不想打，所以才會千里請戰，以此堵住三軍之口。將在外，君命有所不受。他若真的能打贏我們，就不會回去請戰了。”
諸葛亮能洞察司馬懿的詭計，卻無法迫使其就範，只好再次派使者前去打聽消息，司馬懿依然一團笑容，好酒好菜地招待使者，隻字不提軍政大事，只是關切地詢問諸葛亮的飲食起居。使者回答說：“丞相每日為公事操勞，起早貪黑，廢寢忘食，凡是杖責二十以上的刑罰都要親自過問，每天吃的也很少。”司馬懿一聽，點頭讚許：“真是令人感動。”使者一走，他就對自己人搖頭說：“諸葛亮這麼操勞，命不會久了。”
當月，諸葛亮積勞成疾，一病不起。後主劉禪便派尚書僕射李福探望諸葛亮的病情，幾天后，李福去而復返，這時諸葛亮的病情已經惡化。他知道李福此來的意思，便說：“我死之後，軍政大事可交給蔣琬，蔣琬之後，可交給費禕。”李福又問，那費禕之後呢？諸葛亮默默無語，不再回答。
五丈原莽莽蒼蒼，秦川連綿不絕，秋風攜帶著涼意在原野上嗚咽而過，諸葛亮知道他將要在這裡告別人世。從27歲那年跟隨劉備離開隆中，又一個二十七年就這樣過去了。半生殫精竭慮、戎馬倥傯卻未曾分得半壁江山，諸葛亮縱然願意不惜以風燭殘年病弱之軀，承受鞍馬勞頓之苦，實現安邦治國的理想，奈何上天卻不給他時間了。秋色蕭索，秋聲蕭瑟，諸葛亮在無盡的遺憾中離開了人世，終年54歲，歷時七年的諸葛亮伐魏之戰至此結束。
諸葛亮去世後，蜀軍在楊儀的帶領下有序撤退。司馬懿接到報告立馬就生猛了，即刻率兵追擊，姜維命令蜀軍回頭作出決戰的架勢，司馬懿以為這是蜀軍使的誘敵之計，不敢放肆，遂揮退部下。蜀軍撤後，他仔細地查看了諸葛亮留下的營壘，忍不住讚歎說：“諸葛亮真是天下奇才啊！”
有什麼樣的溢美之詞能比得上來自敵人的稱讚呢？ ！
蜀國的國力與魏國相差數倍，根本無法與魏國抗衡。何況蜀國又佔有險要地形，易守難攻，蜀國何不守住地盤，休養生息，積蓄國力呢？這是很多人不解的問題，還有人因此詬病諸葛亮的軍事謀略。事實上，諸葛亮北伐的真正目的，並非與魏國決戰，而是得到民風彪悍、多出戰馬的西涼。
諸葛亮認識到荊州不可複得，益州不足以製天下，而一旦控制雍涼，既能夠斬斷魏國右臂，又可積蓄自身力量，困擾諸葛亮的兵員、糧運甚至人才問題都可以迎刃而解。而且，背後還沒有一個隨時會背棄盟約的東吳，從而就可以從全局上實現對《隆中對》的修正，一步步實現恢復漢朝的大業。
整個北伐就是以雍涼為戰略目標，圍繞關隴地區而戰。回看北伐，第一次如果街亭不丟，諸葛亮就可以實現對關中的緩圖；第二次李嚴糧草得運，就可以憑藉戰後優勢挫敗司馬懿；最後一次跨渭河登北原成功，就可以動搖魏國的西方利益。每一次皆有勝的可能，但每一次諸葛亮都與勝利失之交臂，最後飲恨渭水。或許成功除了依賴自身努力外，還需要上天的成全。
客觀形勢不利於自己，對手又過於強悍，使得諸葛亮的北伐之舉只開花不結果。然而諸葛亮人格的偉大之處，就體現在他勇於向命運挑戰，決不向困難和絕望低頭，只要一息尚存，就努力不停，進取不止，用他自己的話來形容就是“鞠躬盡力，死而後已，至於成敗利鈍，非臣之明所能逆睹也”。從這個意義上來說，諸葛亮擁有的是完美的人生征途，而人們熱愛他、敬仰他，既是出於對他匡世濟民的理想的讚賞，睿智卓越的辦事能力的欽佩，更是對他知難而進、進取不止的人格力量的敬慕。