然而，谯周担任太史一职，对天文颇有了解。他见到孔明又要出征，遂上奏后主说：“我现在掌管司天台，有祸有福都不能不上报：最近有成群结队的鸟飞自南方来投入汉水而死，这是不祥之兆；我还观察到天象，奎星出现在太白星之间，北方气势盛，对于伐魏不利；此外，成都的人们都听到柏树在夜晚哭泣。有这么多异象，丞相应该谨守，不可轻举妄动。”孔明说：“我受到先帝托孤之重，应该全力讨伐贼寇，怎么能因为虚妄的灾气而放弃国家大事呢！”
于是命令官员设立太牢祭拜昭烈庙，满怀悲痛地祈求说：“我孔明五次出征祁山，却还未能夺回一寸土地，罪责重大！现在我再次统领全军，再次出征祁山，发誓全力尽心，剿灭汉贼，恢复中原，愿以身殉国！”祭拜结束后，孔明向后主告别，星夜赶往汉中，召集众将商议出征的事宜。突然传来关兴病亡的消息。孔明放声大哭，昏倒在地，半晌才苏醒过来。众将再三劝解，孔明叹道：“可怜这位忠义之人，天命不给予长寿。我这次出征，又少了一位大将！”后人有诗叹道：“生死人常理，蜉蝣一样空。但存忠孝节，何必寿乔松。”
孔明率领蜀军三十四万人，分成五路进军，命姜维、魏延为先锋，都从祁山出发；同时命令李恢先运送粮草，守在斜谷道口等待。
然而，魏国因为青龙从摩坡井涌出，改年号为青龙元年。此时正是青龙二年春二月。近臣奏报说：“蜀军三十余万人再次出发祁山，分成五路。”魏主曹睿大为惊慌，急召司马懿来，问道：“蜀人三年来没有入侵，现在诸葛亮又出发祁山，我们该怎么办？”懿奏道：“我昨晚观察天象，发现中原的气势正盛，奎星冲犯太白，对西川不利。现在孔明自负才智，违背天命，必然自取败亡。我请求陛下赐予大福，让我去击败他。只希望能保住四个人一同出征。”睿问道：“你要保护哪几个人？”懿回答：“夏侯渊有四个儿子：长子名霸，字仲权；次子名威，字季权；三子名惠，字稚权；四子名和，字义权。霸和威两人擅长马弓；惠和和两人精通兵法，他们四个人一直想为父亲报仇。现在我要保护夏侯霸和夏侯威担任左右先锋，夏侯惠和夏侯和担任行军司马，共同协助军务，以退击蜀军。”睿说：“之前夏侯楙驸马违背军令，导致失去了许多人马，至今羞愧不回。现在这四个人，是否与楙一样？”懿回答：“这四个人绝对不是夏侯楙可比拟的。”睿便听从了他的请求，立即任命司马懿为大都督，所有将士都要根据才能任用，各处兵马都听从调遣。
懿接受了命令，辞别朝廷离开了城池。睿还以手诏赐给懿，说道：“你到了渭滨，应该坚守城墙，不要与敌人正面交战。蜀军如果得不到胜利，一定会装疯退却来诱敌，你要小心不要追击。等到他们粮食耗尽，必然会自行撤退，那时你再乘虚进攻，取胜就不困难了，也能避免军马疲劳的苦楚。没有比这个计策更好的了。”司马懿恭敬地接受了诏命，当天就到了长安，集结各处军马，总共四十万人，都驻扎在渭滨；另外又调集五万军队，在渭水上架起九座浮桥，让先锋夏侯霸、夏侯威过渭水安营；并在大营后面的东原筑起一座城池，以防备意外情况。
正在司马懿和其他将领商议之际，忽然有人报告郭淮和孙礼前来见他们。懿迎接他们进来，礼毕后，郭淮说道：“现在蜀军在祁山，如果他们跨过渭水，登上北原，然后接连占领北山，阻断陇道，我们就有大麻烦了。”懿说：“你说得很对。你可以去担任陇西军马的总督，据守北原，修筑深沟高垒，保持兵力不动；只等他们的粮食耗尽，我们才能进攻。”
郭淮和孙礼领命，带领军队下寨离开了。
与此同时，孔明再次出发祁山，建立了五个大营，分别为左、右、中、前、后；从斜谷一直到剑阁，又建立了十四个大营，分布军马，为长期计划做准备。每天都派人巡哨。突然有人报告说郭淮和孙礼带领陇西的兵马，在北原下寨。孔明对众将说：“魏军在北原安营，是怕我们攻取这条路，阻断陇道。现在我们虚攻北原，却偷袭渭滨。准备一百多个木筏，装载草把，选出熟悉水路的五千人驾驶。我们在夜间攻打北原，司马懿必定会引兵前来救援。如果他们稍有失败，我们就让后军先渡过河岸，然后将前军放在筏上。千万不要上岸，顺着水流攻打浮桥，放火烧断，以便攻击他们的后方。我自己带领一支军队去攻打前营的门。如果能够占领渭水南岸，进攻就不难了。”众将遵照命令行事。不久，巡哨军飞奔报告司马懿。懿召集诸将商议，说：“孔明如此布置，其中肯定有计谋：他以占领北原为名，顺着水流来烧掉浮桥，扰乱我们的后方，然后攻击我们的前方。”他立即下令给夏侯霸、夏侯威说：“如果听到北原发出喊声，立即带兵到渭水南山中，等待蜀军到来后击败他们。”他又命令张虎、乐綝带领两千弓弩手伏击在渭水浮桥的北岸：“如果蜀军乘着木筏顺水而来，立即一起射击，不要让他们靠近桥。”他还传令给郭淮、孙礼说：“孔明偷渡渭水来袭击北原，你们新建的营寨人马不多，可以全部伏击在半路上。如果蜀军在午后渡水，黄昏时分，他们必定会来攻击你们。你们假装失败并逃走，蜀军必然会追击。你们尽量用弓弩射击他们。我会水陆并进。如果蜀军大举来攻，只需要按照
吾的指挥行动，击败他们即可。”然后懿命令自己的两个儿子司马师和司马昭带兵前去支援前营。懿自己则带领一支军队前去支援北原。
接着，孔明的计划开始实施。他派遣一支部队虚攻北原，同时偷偷准备了一百多个木筏，装载了草把，并选出了熟悉水路的五千人来驾驶。在夜间，他亲自率领一支军队攻打北原，司马懿果然带领军队前来救援。与此同时，蜀军的后军先渡过了渭水岸，然后将前军放在木筏上。他们顺着水流攻击了浮桥，放火烧断了桥梁，从而扰乱了魏军的后方。孔明自己则带领一支军队攻打前营的门。
与此同时，张虎和乐綝率领的弓弩手伏击在渭水浮桥的北岸，射击蜀军乘着木筏过来的士兵，不让他们靠近桥梁。郭淮和孙礼率领的军队伏击在半路上，假装失败并逃走，引诱蜀军追击，并用弓弩射击他们。懿自己则率领一支军队前往北原支援。整个计划按部就班地进行着。
却说孔明布置完毕，魏延和马岱引领着士兵渡过渭水攻打北原；吴班和吴懿带领木筏兵去烧浮桥；王平、张嶷为前队，姜维、马忠为中队，廖化、张翼为后队，三路兵马齐出，去攻打渭水旱营。当日午时，人马离大寨，全部渡过渭水，列成阵势，缓缓前行。
魏延和马岱接近北原时，天色已昏暗下来。孙礼哨见蜀兵来势汹汹，便放弃营帐逃跑。魏延知道魏军有准备，急忙退军，但四下喊声大震，左有司马懿，右有郭淮，两路兵马杀来。魏延和马岱奋力杀出重围，但蜀兵多半落入水中，余众奔逃无路。幸好吴懿兵杀来，救了败兵过岸抵抗。吴班分一半士兵撑筏顺水来烧浮桥，却被张虎、乐綝在岸上乱箭射住，吴班中箭落水而死，余军跳水逃命，木筏尽被魏兵夺去。
此时王平、张嶷并不知道北原兵败的消息，他们直奔到魏营时已是二更天气。只听到四周喊声四起，王平对张嶷说：“军马攻打北原，不知胜负如何。渭南的魏营现在就在我们面前，为何不见一个魏兵？莫非司马懿已经得知消息提前做了准备？我们且看浮桥火起后再进兵。”二人于是勒住军马等待时机，忽然背后一骑马来报说：“丞相命令军马立即撤回。北原兵和浮桥兵都已经失败了。”王平、张嶷大惊失色，他们急忙撤退时却被魏兵抄在背后，一声炮响后魏兵一齐杀来，火光冲天。王平和张嶷领兵相迎，两军混战在一起。经过一番血战，王平和张嶷二人终于奋力杀出重围，但蜀兵却折损了大半。
孔明回到祁山大寨后收敛败兵，统计损失了约万余人马心中忧闷不已。此时忽然有费祎从成都前来求见丞相。孔明请费祎入帐后向他行礼并问：“我有一封重要的书信需要烦劳你前往东吴投递不知道你愿意去吗？”费祎回答说：“既然是丞相的命令我怎么敢推辞呢？”于是孔明便修好书信交给费祎前往东吴去了。
费祎拿着书信直接来到建业城进见吴主孙权呈上孔明之书。孙权拆开书信观看只见信中写道：“汉室不幸王纲失纪曹贼篡逆至今。我受昭烈皇帝重托怎敢不尽力竭忠？如今大军已经会师于祁山狂妄的敌人即将在渭水灭亡。希望陛下念及同盟之义命令将领北征共同夺取中原同分天下。书信无法详尽表达我的意愿恳请陛下圣明听取！”
孙权看完信后大喜对费祎说：“我一直想兴兵但未能与孔明会合。现在既然有书信到来我就亲自出征入驻巢湖门夺取魏新城；再命令陆逊、诸葛瑾等人屯兵于江夏、沔口攻取襄阳；孙韶、张承等人出兵广陵夺取淮阳等处。三路人马一起进军共计三十万即刻起兵。”费祎拜谢说：“如果真能这样那么中原不日就可攻破！”孙权于是设宴款待费祎。
席间孙权问道：“在丞相军中可以派谁当先破敌？”费祎回答说：“魏延是首选。”孙权笑道：“此人勇气有余但心机不正。如果一旦没有了孔明他必定会成为祸患。难道孔明没有察觉到这一点吗？”费祎说：“陛下说得很对！我回去后就将您的话告诉孔明。”于是拜辞孙权回到祁山见到孔明详细汇报了孙权起兵三十万分三路进攻的计划。孔明又问道：“吴主还有别的话要说吗？”费祎便将孙权论魏延的话告诉了孔明。