孔明再上《出师表》，刘禅看了，大受感动，下令孔明出师。孔明起兵三十万，以魏延为先锋，直奔陈仓道口。
曹真令王双为先锋，曹睿见王双十分勇武，便赏给他锦袍金甲。
蜀军连攻陈仓二十余天却无法攻下，王双又领兵扎城外，两军交锋。王双连伤蜀军几员大将。姜维献计去袭击祁山，孔明大喜，便停攻陈仓。
曹真接到姜维的密信，说他愿意投降立功赎罪，约定以烧粮草为暗号。曹真叫费耀领兵五万去斜谷道捉孔明。
费耀领兵五万，进了斜谷，赶了蜀军一天一夜，十分疲劳，刚歇下埋锅造饭，忽然被蜀军包围。费耀见已难脱身，便自杀了。
魏主得到这消息，十分惊慌，忙召司马懿问如何击退蜀兵。司马懿说∶“蜀军搬运粮草困难，目前我军只宜坚守，蜀军粮尽自退。”
魏主按司马懿的意见，令曹真用心防守，不要轻易进攻。郭淮又令王双常在小路巡逻，使蜀军不敢运粮。孙礼又献计率军伪装运粮，车上装些干柴、硫磺，诱蜀军前来劫粮，再发兵突击，即可获大胜，曹真说∶“此计甚妙。”
孔明看破了魏军的阴谋，便将计就计令马岱去烧粮车，马忠、张嶷去对付伏兵，吴班、吴懿截杀魏兵，关兴、张苞劫魏兵营寨。
当夜二更时分，孔明在祁山高处见粮车起火，各路蜀军齐出，魏军大败。
魏兵从此退入曹真大寨，再也不敢出战。
孔明见军中断粮，乘胜下令退兵。并密令魏延在蜀军撤退时杀了王双。蜀兵一夜撤走，只剩一座空营。
曹真失去战机，非常后悔，竟生起病来，便到洛阳养病去了。
魏延按孔明密计，连夜撤回汉中。王双得知，急忙领兵来追，眼看就要追上，忽有人来报营寨失火，王双急忙回马来救，刚走上山坡，被魏延一刀砍于马下，魏兵无了主将便都四散逃走了。
孙权见孔明打败了曹真，斩了王双，便想乘机伐魏。张昭建议孙权先做皇帝。孙权便在武昌南郊登坛即位，改黄武八年为黄龙元年，立孙登为太子。
孙权刚做了皇帝，又想伐魏。张昭奏请孙权派人入川与孔明结盟，合兵灭魏，共分天下。孙权依了张昭的建言。
刘禅见过吴国使节，派人去汉中询问孔明的意见。孔明说可派人带礼去东吴祝贺，请东吴派陆逊伐魏，蜀国出兵攻长安。刘禅都照孔明的意见做了。
陆逊说∶“这是诸葛亮的阴谋。不过我军可以虚张声势，假装起兵，待蜀国打败了魏国，我军再乘虚进攻中原。”孙权认为此计甚好。
孔明乘陈仓守将郝昭病危，带关兴、张苞日夜急行，拿下了陈仓。又令姜维、魏延乘机攻下散关，建威城，引大军再出祁山。
曹睿怕东吴进攻魏国，忙召司马懿商议军情。司马懿说眼下只须防蜀国不必防吴国。魏主令他与孔明决战。
孔明派姜维攻武都，王平去攻阴平。司马懿令郭淮、孙礼去蜀军背后袭击，二人率军正在赶路，探马突然来报说∶“武都、阴平已被蜀军夺去了。”二人不觉惊慌失措。
司马懿再令张、戴陵去劫蜀营，结果孔明早有准备，魏兵大败而回。刘禅知孔明连胜魏军，便又下诏恢复孔明丞相之职。
司马懿坚守不出。孔明又想出一计，以退为进，半月退兵一次，待孔明退到第三次时，张怕失掉打孔明的机会，要求出战。司马懿令张、戴陵领兵先追。
关兴等人大战张、戴陵，魏军将要兵败之时，司马懿领军来救，姜维、廖化却乘机劫了魏营，魏军大败。
孔明正要再与司马懿一战，张苞却在战斗中摔下悬崖死了。孔明损失了一员大将，不由得放声大哭，口吐鲜血，昏倒在地。急忙传令连夜秘密撤往汉中。等司马懿得知之时，蜀军已撤走了五日。