公元228年冬，吴国发动石亭之战，打败曹休，魏军东下，诸葛亮趁机围攻陈仓。曹真在诸葛亮年初北伐退兵时就已料到诸葛亮会打陈仓，派郝昭和王双守陈仓，并加固陈仓城加以防备。
诸葛亮见陈仓有防备，想劝降郝昭被拒。无奈之下只好以优势兵力围攻陈仓。郝昭虽然只有一千多人，但他以出色的指挥能力，利用陈仓城的地理优势，抵挡住了诸葛亮的进攻。诸葛亮昼夜攻打陈仓几天，仍无法攻下，这时曹真派援军前来，诸葛亮粮尽退兵。魏将王双率骑兵追击诸葛亮，诸葛亮击败魏军，斩杀王双。
公元229年，诸葛亮派陈式攻打武都、阴平。魏国雍州刺史郭淮率军准备攻打陈式，诸葛亮亲自领兵进取建威，郭淮退守雍州，诸葛亮平定武都、阴平二郡。后主刘禅借机恢复诸葛亮丞相职务。
公元231年，诸葛亮再次兵出祁山，用木牛运送物资，粮尽退兵。魏将张郃追击到木门谷，被蜀军射死。
公元234年春，诸葛亮统率全军从斜谷出兵，用流马作运输工具，进军占据武功县五丈原，与司马懿在渭南相持。诸葛亮怕粮草接济不上，分出一部分部队开荒耕种，作为长期驻扎的基础。耕垦的兵卒杂居在渭河附近的百姓中间，百姓生活安定，军卒所种不谋私。蜀、魏两军相持一百多天。
