諸葛亮復吳平定華南後，準備北伐曹魏。
蜀漢建興六年(公元228年)春，第壹次北伐使趙雲等人疑兵，從顧頡(今陜西省眉縣南)假扮進攻，以吸引魏軍，我率領主力攻祁山(今甘肅省西和縣祁山堡)，隴右天水、南安、安定三縣相繼叛魏降蜀，還制服了姜維，引起關中大地震。但馬謖違背諸葛亮的部署，被張合擊敗，丟掉了街亭。趙雲等軍也不利，諸葛亮只好退回漢中。不久，天水、南安、安定三縣造反，附魏。
第二次北伐是在同年冬天。諸葛亮乘魯迅在石婷打敗曹秀之機，出師散關，包圍陳倉(今陜西寶雞西南)，攻打二十多天。當魏的援軍趕到時，他不得不返回漢中。
第三次北伐是在建興七年，梁攻打武都(今甘肅成縣)和(今甘肅文縣西北)，擊潰魏援軍，占領這兩個縣，留守，自己率兵回李朝。次年，魏軍攻漢中，諸葛亮加強防守，並加派援軍。由於持續的大雨，子午谷和顧頡等道路被封鎖，魏軍撤退。
第四次北伐是在建興九年。蜀軍包圍祁山，魏軍總司令司馬懿接應。諸葛亮準備決戰。司馬懿知道蜀軍路途遙遠，口糧不多，就堅守，不肯出征。諸葛亮試圖通過撤軍來引誘敵人，但司馬懿在追擊時非常謹慎。蜀軍壹停，他就紮營，舉火。這時，李延假傳聖旨，說要撤軍，蜀軍糧草已盡，諸葛亮只好調兵遣將，在回家的路上埋伏殺死了魏國名將張合。
第五次北伐是在十二年春天。諸葛亮率領十萬大軍出斜谷口，到達鄢縣，在渭水南岸的五丈原紮營。司馬懿也設營阻止他與蜀軍作戰。知道蜀軍路途遙遠，糧草運輸困難，想把蜀軍拖下去。諸葛亮也準備在渭水分兵，做好長期作戰的打算。諸葛亮在這次入侵之前，已經和孫權達成協議，要同時攻打魏。五月，吳軍十萬大軍攻魏，但大敗，退守江東，蜀軍只好單方面對付魏軍。八月，諸葛亮積勞成疾，病情越來越重，不久就去世了。
他死後，姜維等人遵從他的旨意，暗中不肯發喪，全軍退入斜谷。
諸葛亮五次北伐，實際出兵祁山只有兩次；還有壹次，魏軍攻漢中，不是諸葛亮。壹言以蔽之，後人說是“六出岐山”。