诸葛亮把蜀汉内部事务都做了安排以后，于蜀汉后主建兴五年（227年）率军北驻汉中，企图完成他统一中国的事业。就在临行前，他给后主上了一个疏，即著名的《出师表》。据《三国志》卷39《董允传》言亮所以上此表，乃怕后主“朱紫难别”，故谆谆嘱咐，提醒庸碌的后主务必要“亲贤臣，远小人”。由于诸葛亮选用僚属首先注重品格和作风，所以他培养的接班人蒋琬、费祎、董允等皆公忠守正之士，直到蒋、费等人相继凋谢以后，后主所宠爱的宦人黄皓始干扰政事。由是观之，诸葛亮在《出师表》中苦口婆心地告诫后主亲贤远佞，广开言路，确实并非过虑，而是针对后主不辨忠奸的致命弱点而发的，也是他解除后顾之扰以专心北伐而采取的重要措施。就当时形势而论，蜀汉既未能保有荆、益，以便从两路进军，对魏采取钳形的攻势，敌国又无变可乘。特别是魏、蜀两国的实力相差很大，蜀无论在领土、物产、兵力各方面，都不能和魏相比。所以诸葛亮伐魏的战争，是在极不利的条件下进行的。
综计诸葛亮自建兴六年（228年）春初次北伐，到建兴十二年（234年）秋病死于魏境，六七年之间，共与魏作战七次：
第一次：建兴六年（228年）春，诸葛亮扬声由斜谷道攻取郿县，使镇东将军赵云、扬武将军邓芝率一支人马为疑军，据箕谷（箕山之谷，在今太白岭之西坡）；诸葛亮亲自率领大军攻祁山（今甘肃西和县北七里）。那时魏国人们只知道蜀有刘备，刘备死后，一直寂然无闻，所以对于蜀军进攻并无防备，猝然听说亮军将至，极为恐惧，加上诸葛亮的军队戎阵整齐，号令明肃，所以天水（郡城冀，今甘肃甘谷南）、安定（郡城临泾，今甘肃镇原南五十里）、南安（郡城豲道，今甘肃陇西东南）三郡一齐叛魏应亮，关中为之震动。于是魏明帝遣大将军曹真都督关右诸军，屯驻郿县，另外派出步骑五万，由右将军张郃率领西上，拒亮先锋。魏明帝还亲自到长安坐镇。
诸葛亮这次出军，形势是较好的。当时别人都说应用旧将魏延、吴懿等为先锋，可是诸葛亮却不顾众人的意见，令他素所赏识的马谡为先锋。谡率领诸军与魏将张郃战于街亭（在今甘肃秦安东北），谡违亮节度，又不听副将王平劝告，所采取的措施都迂阔而烦扰。他不肯守城，远离水源，把部队带到南山上，欲凭高作战，致使汲道被张郃断绝，士卒饥渴困顿，以至溃败。诸葛亮进无所据，只好拔西县（今甘肃西和县）千余家，回到汉中。
赵云、邓芝的部队亦因兵弱敌强，失利于箕谷，“然敛众固守，不至大败”。退军时，云亲自断后，兵将未有离失，军资什物，亦无若何损失。当街亭战败时，诸军星散，唯王平“所领千人，鸣鼓自持。张郃疑其伏兵，不往逼也”。于是王平徐徐收合诸剩余兵将而还。诸葛亮“既诛马谡及将军张休、李盛，夺将军黄袭等兵，平特见崇显，加拜参军，统五部（由南中少数民族组成的劲旅），兼当营事。进位讨寇将军，封亭侯。”诸葛亮这次出军如说有收获，即徙西县人户千余家，并赏识了王平，收降了魏天水郡参军姜维。马谡虽饶有才华、口辩，又与亮关系亲近，但亮为了严肃军纪，还是挥泪斩了马谡。亮还引咎自责，给后主上疏说：“臣……不能训章明法，临事而惧，至有街亭违命之阙，箕谷不戒之失，咎皆在臣授任无方。臣明不知人，恤事多，《春秋》责帅，臣职是当。请自贬三等，以督厥咎”。于是以亮为右将军，行丞相事，所总统如前。
第二次：建兴六年（228年）秋，魏大司马、扬州牧曹休被吴大都督陆逊大破于石亭（今安徽潜山县东北）。至冬，诸葛亮复出军攻魏。据《三国志》卷35《诸葛亮传》注引《汉晋春秋》言：亮闻孙权破曹休，魏兵东下，关中虚弱，亮于是又给后主上了一个表——即所谓《后出师表》。《资治通鉴》亦和《汉晋春秋》一样，抄录了《后表》全文。按《后表》是否为诸葛亮自作，历来颇多争论。我以为《后表》决非亮自作。第一，表中所言“丧赵云”等一系列事实与史实不符；第二，《后表》文辞浅陋，信心丧失，与亮气吞中原的素志迥不相合；第三，《后表》写作目的不明确，表中所言议者反对北伐，实无其事；第四，《后表》并非张俨所伪造，因俨对亮之将才估价极高，对亮之北伐亦抱乐观态度，此与《后表》之悲观失望口吻全不相合；第五，《后表》的作伪者乃是亮之胞侄、吴大将军诸葛恪，恪锐意北伐，吴人激烈反对，恪有造此表的必要，只要详察恪之谕众论文和当时吴政情，即可窥知《后表》系恪假造。
十二月，诸葛亮引兵出散关（今陕西宝鸡市西南），围陈仓（今宝鸡市东）。原来曹真已料到“亮惩于祁山，后出必由陈仓，乃使将军郝昭、王生守陈仓，治其城”。所以这次诸葛亮到来，陈仓魏军已有准备。亮先使郝昭乡人靳详于城外劝昭投降，昭坚辞拒绝。亮自以有众数万，而昭兵才千余人，又料魏援军未必能很快到达，乃进兵攻昭，起云梯冲车以临城。昭于是以火箭逆射其梯，梯燃，梯上人全烧死；昭又以绳连石磨压亮冲车，冲车折。乃更为井阑百尺以射城中，并以土丸填壍（同堑，绕城水沟），欲直攀城，昭又于内筑重墙。亮又为地突（地道），欲踊出于城里，昭又于内穿地横截之，昼夜相攻拒二十余日。”
曹真遣将军费曜等来救，魏明帝又驿马召张郃自方城（今河南方城县）西上击亮。帝自到河南城（在洛阳西），置酒送郃，问郃：“迟将军到，亮得无已得陈仓乎？”郃知亮深入无谷，屈指计曰：“比臣到，亮已走矣”。于是郃日夜赶路，未至，亮已因粮尽退军。魏将王双率骑追亮，为亮所杀。
第三次：建兴七年（229）春，诸葛亮遣陈式攻武都（郡治下辨，今甘肃成县西北）、阴平（郡治阴平县，今甘肃文县）。魏雍州刺史郭淮率众欲击式。亮自出，至建威（今甘肃西和县西）。郭淮退走，亮遂得二郡。后主复策拜亮为丞相。亮为巩固汉中防务，于本年底徙府营于南山下原上，筑汉城于沔阳（在今陕西勉县），筑乐城于城固（今陕西城固县）。
第四次：建兴八年（230年）秋七月，魏明帝从大司马曹真议，分兵三路大举伐蜀：司马懿由西城（陕西安康县西北）；张郃由子午谷（子午道南口曰午谷，在洋县东百六十里之子午河口。北口曰子谷，在长安南百里，子午谷长六百六十里）；曹真由斜谷，共攻汉中。诸葛亮闻魏军将至，率领诸军于城固赤阪（今洋县东二