建兴十二年，诸葛亮再次率领大军出征，这次诸葛亮决定由斜谷出击，依旧用木牛流马运送粮食。蜀军攻占五丈原之后，在此安营扎寨，与魏国统帅司马懿相对峙。
十二年春，亮悉大众由斜谷出，以流马运，据武功五丈原，与司马宣王对于渭南。--《三国志·诸葛亮传》
蜀军和魏军在这里相持了一百多天，到了八月份的时候，诸葛亮得了重病。诸葛亮为了北伐大业不半途而废，决定大摆七星灯为自己续命，奈何半路被魏延所破坏。自知续命不成的诸葛亮知道，自己死后手下绝对不是司马懿的对手，所以他安排后事说，等他死后，蜀军要赶紧撤退。
安排完后事之后，诸葛亮病死军中，年仅54岁。诸葛亮死后，蜀军按照他的安排，成功撤退。魏军见到蜀军撤退之后，司马懿命令军队占领了蜀军的营地。当司马懿进入到蜀军的营地之后，看见诸葛亮的排兵布阵，只说了五个字："天下奇才也！"
相持百余日。其年八月，亮疾病，卒于军，时年五十四。及军退，宣王案行其营垒处所，曰："天下奇才也！"--《三国志·诸葛亮传》
司马懿这里赞叹的，正是诸葛亮的治军之才。对于诸葛亮的能力，《三国志》的作者陈寿说得很清楚，诸葛亮的特点，是"治戎为长，奇谋为短；理民之干，优于将略"。也就是说，诸葛亮的政治才能忧于他的军事才能。军事才能当中，治军又优于用兵。
