第四次北伐
建興九年（231年）二月，諸葛亮率諸軍再次進圍祁山，用新造成的木牛運糧，並特令李嚴以中督護兼署丞相府事，在漢中專管督運軍糧。這時魏大司馬曹真有疾，魏明帝特召鎮守宛城的大將軍司馬懿入朝，告以「西方有事，非君莫可付者」。於是，派遣司馬懿西屯長安，都督雍梁二州軍事，統車騎將軍張郃、後將軍費曜、征蜀護軍戴陵、雍州刺史郭淮等征討蜀國。張郃勸司馬懿分軍屯雍（今陝西鳳翔縣）、郿（今陝西眉縣）為後鎮。
司馬懿贊同張郃的說法，於是向祁山進兵。諸葛亮聽說司馬懿率軍將至，分兵留攻祁山，親自往上邽（今甘肅天水）迎擊司馬懿。郭淮、費曜等出兵交戰，都被諸葛亮擊破。
諸葛亮與司馬懿在上邽東相遇。司馬懿深知蜀軍遠道而來，攜糧有限，急於決戰，避開蜀軍鋒芒，憑險堅守，拒不出戰。諸葛亮只好退兵誘敵。司馬懿率軍尾隨，一等蜀軍停下來，就紮營據守。
司馬懿登山掘營自守，不與蜀軍交戰。將軍賈栩、魏平多次請戰，司馬懿不允，諸將譏笑說：「公畏蜀如虎，奈天下笑何！」
五月，司馬懿在眾將的一再要求下，只好派兵出戰，使張郃進攻駐紮在祁山南屯的蜀軍無當監王平，自己率領中軍抵禦諸葛亮。
諸葛亮派大將魏延、高翔、吳班領兵迎擊，大破魏軍，「獲甲首三千級、玄鎧五千領、角弩三千一百張」。司馬懿回營固守。祁山方面，王平堅守南屯，張郃進攻不克，聽到司馬懿中軍失利消息後，張郃也引兵退走。
到了六月，蜀軍雖大敗魏軍，但糧草已盡，漢中又傳來後主劉禪要諸葛亮退軍的命令（即李嚴假傳聖旨）。諸葛亮退兵。
司馬懿命令追擊，張郃勸道：「軍法……歸軍勿追。」司馬懿不聽，張郃只好追趕。追至木門（今甘肅西和縣東南），蜀漢伏兵高處，弓弩齊發，射中張郃右膝，張郃傷重而亡。
原來，李嚴（後改名李平）因遇大雨，無法如期運糧，便假詔聖旨，要諸葛亮撤軍。李嚴假傳聖旨被識破後，為嚴正法紀，諸葛亮將之貶為庶人。
第四次北伐，諸葛亮設計了稱為「流馬」的運輸工具。
第五次北伐
建興十二年（234年）春二月，諸葛亮率大軍十萬由斜谷出，以木牛流馬運輸糧米，並進據武功五丈原（今陝西郿縣西南），屯於渭水之南。司馬懿也引軍渡渭，背水為壘防禦。
諸葛亮每次出軍，都因糧盡退還，此次出祁山之後，即勸農講武，治斜谷邸閣；息民休士，三年而後用之。至建興十二年（234年）二月，諸葛亮調動所能徵發的軍隊，出斜谷北伐，並遣使至吳約孫權同時出兵擊魏。
司馬懿仍採取避不交鋒、待其糧盡自退之法，與蜀軍相守百餘日，屢次挑戰，司馬懿拒不出戰。
諸葛亮故意派人送給司馬懿巾幗婦人的服裝，眾將士被激怒了。司馬懿於是上表給魏明帝請戰。魏明帝派衛尉辛毗為軍師，到前線節制司馬懿。
姜維對諸葛亮說：「辛毗這一來，魏軍更不會出戰了。」諸葛亮回答：「司馬懿本來就不想出戰，所謂請戰，不過向眾將顯示其沒有怯戰之意。『將在外，君命有所不受』，如果司馬懿想出戰，他完全可以作主，何必千里請戰呢？」
八月，諸葛亮積勞成疾，病情日益惡化。消息傅到成都，劉禪派李福去探望，並詢問此後國家大計。李福離開前線後，幾天又返回，諸葛亮知道這是要詢問自己死後的接替者，對李福說：「我知道你返回的意思了。你要問的人，蔣琬合適。」李福又問蔣琬之後誰可接替。諸葛亮說費禕可以繼任。李福再問以後的接替者，諸葛亮就不再回答了。
不久，諸葛亮在五丈原軍營中去世，終年五十四歲。
諸葛亮死後，大將姜維、楊儀按照諸葛亮臨終的部署，秘不發喪，整頓軍馬從容撤退。司馬懿率軍追趕，楊儀回軍向魏軍猛衝，做出進擊的樣子。司馬懿怕遭諸葛亮的暗算（以為諸葛亮裝死，引誘魏軍出擊），趕緊撤退，不敢追趕。蜀軍從容退去，進入斜谷後，才訃告發喪。而司馬懿不敢追擊蜀軍之事成為笑話，人們說「死諸葛嚇走活仲達（司馬懿字仲達）」。
司馬懿聽到這話，只有苦笑說：「吾能料生，不能料死故也」。追至赤岸（今陝西褒城北），不及而還。
諸葛亮治軍才能
蜀漢在三國中根基最薄，建政時間最晚，諸葛亮輔佐劉備父子，能與魏、吳鼎立，這種成就得來極為不易。
諸葛亮的事跡，史籍記載不多。就流傳下來簡略記載而言，依然可以看到諸葛亮治國理民及治軍才能，古今難有其雔。如，建興六年街亭失敗後，取西縣民千餘家還漢中；建興十二年屯田渭濱，耕者雜於居民之間，與百姓相安無事。
諸葛亮善於節制軍隊，他的軍隊是仁者之師。北伐過程中，蜀軍軍紀嚴明。陳壽《諸葛亮傳》記載：「亮身率諸軍攻祁山，戎陣整齊，賞罰肅而號令明……分兵屯田，為久住之基，耕者雜於渭濱居民之間，而百姓安堵，軍無私焉。」
《諸葛亮傳》注引《袁子》也稱許諸葛亮說：「其兵出入如賓，行不寇，芻蕘者不獵，如在國中。」這是說，諸葛亮的軍隊行軍過程中有禮有節，不劫掠百姓，與在本國中沒有不同。
蜀軍訓練有素，戰力極強。陳壽稱諸葛亮「治戎為長」；袁准說他的軍隊「止如山，進退如風」。
諸葛亮對兵器有精深研究。陳壽《諸葛亮傳》稱「亮性長於巧思，損益連弩，木牛流馬，皆出其意」。
《宋書‧殷孝祖傳》載：「御杖先有諸葛亮筩袖鎧帽，二十五石石弩射之不能入」。《諸葛亮傳》注引《魏氏春秋》言：「損益連弩，謂之元戎，以鐵為矢，矢長八寸，一弩十矢具發。」
《蜀記》載，晉初鎮南將軍劉弘之稱讚諸葛亮改進的這種連弩說：「神弩之功，一何微妙！」
諸葛亮精通陣法。陳壽說，諸葛亮「推演兵法，作八陣圖，咸得其要」。晉將劉弘說：「推子八陣，不下孫吳。」諸葛亮自己也說：「八陣既成，自今行師，庶不覆敗矣。」
蜀亡，晉武帝還令陳勰「受諸葛亮圍陣用兵倚伏之法」。袁准稱亮行軍，「所至營壘、井灶、圊溷、藩籬、障塞，皆應繩墨，一月之行，去之如始至」。
諸葛亮身死軍退之後，司馬懿巡視蜀軍營壘駐所，歎賞諸葛亮為「天下奇才」。@*
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