葛亮平定南中叛乱之后，解除了后顾之忧，于是组织北伐，以实现他兴复汉室，统一中国的多年宿愿。
建兴五年(227年)春，诸葛亮决定率军北伐。临出师前，他向后主上了一道奏章。这就是著名的《出师表》。他在《表》中说：“如今南方已经平定，兵甲已经充足，应当统率三军，北定中原，铲除奸凶，兴复汉室，还都洛阳。”以表达自己统一全国的决心。
第二年春，诸葛亮亲率大军，从汉中出发，向祁山(今甘肃西和县境内)推进，意欲一举扫平陇右。由于魏蜀两国很久没有发生战争了，魏国事先毫无准备，忽然蜀军到达祁山，军容整齐，号令严明，都很惊恐。一时南安(今甘肃陇西县东)、天水(今甘肃甘谷县东)、安定(今甘肃径川县西北)三郡，都叛魏降蜀，诸葛亮还收降了魏将姜维，关中为之震动。
魏明帝被迫到长安坐镇，并仓促派张邻率军西征，迎击蜀军。诸葛亮听说魏军西进，就派马谡为先锋，率军扼守街亭(今甘肃泰安县东北)要冲，并嘱咐他要依山傍水，坚守要道，而马谡违背诸葛亮，把军队驻扎在山上，结果被张邻战败，街亭失守，诸葛亮只好退兵。
诸葛亮为了严明军纪，依法将马谡斩首示众。街亭之失，诸葛亮认为自己身为主帅，用人不当，也有责任，于是向后主刘禅检讨了自己的错误，请求自贬三级，以处罚自己的错误。诸葛亮还真诚地把自己的错误告诉大家，总结经验，吸取教训。
同年冬天，诸葛亮复出散关(今陕西宝鸡西南)，围陈仓(宝鸡东北)。魏将曹真据险坚守，蜀军围攻二十多天，没有攻下，诸葛亮因军中粮食缺乏，自动撤退。魏将王双率骑兵穷追，被诸葛亮斩于途中。
第二年春天，诸葛亮第三次出兵祁山，攻占了武都(今属甘肃)、阴平(今甘肃文县西北)二郡后，回到汉中。建兴八年七月，魏军分兵三路进攻汉中。诸葛亮防守于城固、赤阪(今陕西洋县东龙亭山)之间，魏军遇雨，道路泥泞，行军不便，便自动撤退，诸葛亮率军追至祁山而回。
建兴九年二月，诸葛亮再出祁山，为解决粮食供应问题，诸葛亮发明了“木牛”(即独轮车)和“流马”(四轮车)作为运输工具，但终因粮食供应不上被迫撤退汉中。
诸葛亮鉴于几次北伐军粮不继的教训，便在汉中实行屯田，经过三年的充分准备，于建兴十二年，再出祁山，大举北伐，经过斜谷(今陕西眉县西南)，于四月占领武功(今属陕西)，进驻五丈原(今陕西眉县西)，屯田于渭滨，与魏军相持渭水南岸。两军相持百余日，诸葛亮始终没有找到与魏军主力作战的机会。由于诸葛亮日夜操劳，思虑过度，便积劳成疾，一于八月病逝于五丈原，终年五十四岁。
诸葛亮死后，姜维等人按照诸葛亮生前嘱托，秘不发丧，组织部队后撤，魏军主将司马懿领兵追赶，姜维同杨仪进行反击，司马懿怕中了诸葛亮的计谋，就停止追击。当司马懿回军巡视蜀军驻扎过的营地时，见其营垒构筑巧妙，就佩服地赞扬诸葛亮说：“真是天下奇才啊!”
蜀军从容不迫地退回汉中，怀着沉痛的心情，将诸葛亮安葬在定军山。诸葛亮被溢为“忠武侯”。
来揭秘吧评：从政治、经济、军事各方面的力量对比看，曹魏都比蜀汉强大，诸葛亮北伐的失败并非偶然。诸葛亮虽然没有完成统一中国的大业，但他忠贞不渝的高风亮节，鞠躬尽瘁，死而后已的献身精神，经受了历史的考验，备受后人敬仰。后来，诸葛亮被人们比作智慧的化身，成为家喻户晓的历史人物。
