司马懿则率领魏军背水筑营，想再次以持久战消耗蜀军粮食，令蜀军自行撤退。

诸葛亮祁山伐魏，魏将郭淮认为蜀军必会争夺北原，司马懿认同，便派郭淮先前往防备。

果然，蜀军到来，但被郭淮击退。

诸葛亮考虑到前几次北伐都因为运粮不继，导致功败垂成，于是开始在渭、滨的居民之间屯田生产粮食，百姓亦相安无事，一切如常。

而孙权也响应蜀汉，亲率十万大军北上攻魏，但被魏明帝曹叡亲自率军打败。

诸葛亮派虎步监孟琰驻武功水北，适逢水涨，阻断了诸葛亮和孟琰的联系。

司马懿趁机出兵进攻孟琰。

结果诸葛亮一方面派工兵架桥，一方面派弩兵向司马懿的部队射箭。

司马懿看到桥快架好，只好撤退了。

魏、蜀两军相峙了百多日，其间诸葛亮多次派人挑战，司马懿军始终坚守不出。

其后诸葛亮故意让人带一套女人的衣服、头巾送给司马懿，表示司马懿就像女人一样。

魏军将领见此情形都火冒三丈，纷纷要求出战，为了搪塞将领们的要求，司马懿假意上表给魏明帝请战。

曹睿便派卫尉辛毗作为持节使者，到前线节制司马懿。

司马懿曾向蜀汉使者询问诸葛亮的睡眠、饮食和办事多少，不打听军事情况。

使者答道：“诸葛公早起晚睡，凡是二十杖以上的责罚，都亲自披阅；所吃的饭食不到几升。”

司马懿告诉人说：“诸葛孔明进食少而事务烦，他还能活多久呢。”

诸葛亮乃分兵屯田，在魏国境内与魏国百姓共同种粮自给自足，打算长期驻扎下去，但诸葛亮却因过于操劳而病重。

八月，诸葛亮病情日益恶化。

诸葛亮病重之际，蜀主刘禅派遣尚书仆射李福前来军前问候，同时询问国家大事。

李福与诸葛亮谈话完毕，辞别而去，几天之后又回来。

诸葛亮说：“我知道您回来的意图，近来你虽然整天与我交谈，但有些事还没有对你交待，所以你又回来听取。你所要问的事蒋琬最适合。”

李福连忙道歉说：“日前确实不曾询问，等到您百年之后，谁可以担负国家重任，所以就又返回。再请问蒋琬之后，谁又可承担重任？”

诸葛亮说：“费祎可以继任。“

李福又问费祎之后谁可接任？

诸葛亮没有回答。

同时，诸葛亮也对各将领交代后事，要杨仪和费祎统领各军撤退。

由魏延、姜维负责断后。

不久，诸葛亮在军营中去世。

而杨仪、姜维按照诸葛亮临终的部署，秘不发丧，整顿军马从容撤退。

司马懿认为诸葛亮已死，率军追击，姜维推出雕刻成诸葛亮模样的木雕并率领大军回返。

司马懿看到诸葛亮（木雕），认为诸葛亮装死引诱魏军出击，赶紧飞马撤退，奔行数里，司马懿不敢再追赶。

于是蜀军从容退去，进入斜谷后，才讣告发丧，而此事后来也被百姓为之谚曰：“死诸葛走生仲达”。

司马懿听闻蜀军在斜谷发丧后自嘲道：“吾便料生，不便料死故也。”

其后，司马懿视察蜀军遗留的营寨，感叹说：“诸葛亮真是天下奇才。”

蜀军返回成都后，刘禅追谥诸葛亮为忠武侯。

诸葛亮遗言命令部下将自己葬在汉中定军山，依山势修建坟墓，墓穴仅能容纳下棺材。

诸葛亮曾经上表指出自己没有多余财产，只有800株桑树和15顷土地，而自己穿的都是朝廷赐封，就算儿子都是自给自足，自己没有一点多余的财产。

果然，诸葛亮直至死时也是如此，甚至在临死前，也吩咐了他下葬时只需要挖洞一个，棺木能够放进去便足够，自己则穿着平常的服装即可，不须要其他配葬物。

武侯墓在定军山勉县。

蜀汉各地多上书请立诸葛亮庙，蜀汉朝堂以此违背礼制不纳，于是百姓在四时的节日于道路上私祭诸葛亮。

直至景耀六年（263年），在习隆、向充的建议下，刘禅在沔阳为诸葛亮立庙。

景耀六年（263年），司马昭派遣邓艾、钟会伐蜀。

诸葛亮的长子诸葛瞻和长孙诸葛尚一起在绵竹之战中战死沙场。