三国鼎立局面形成之后，蜀汉建兴五年，诸葛亮率大军出剑门关进驻汉中，向后主刘禅上表，请伐中原。第二年，诸葛亮从汉中誓师，首次出兵祁山，智收魏天水参军姜维。后来因街亭失守，前线重点战略要冲沦陷，进无把控，诸葛亮退回汉中，挥泪斩了马谡。

建兴九年，诸葛亮第二次出兵祁山，用木牛向前线运输粮秣军需，大举伐魏。与魏将张命数战皆捷，但因运输艰难粮秣不济退兵。建兴十年至十一年，诸葛亮 从汉中经石牛道严寒成都，筹集军需。他总结了前几次伐魏粮尽退兵的教训，认识到，在汉中平原作战，以成都平原的粮秣作后继，节节运往前线，旷日迟久，缓不济急。因而粮秣，交通运输是伐魏的重要因素。他主张积极发展生产，劝农讲武习文，并大量制作木牛、流马，运送米、麦囤集剑门关，转运汉中和斜谷口，准备长期伐魏。他把剑门关作为蜀北大门，立关戌守。同时派人在大、小剑山之间修筑三十里栈阁，以利于行军和囤集粮草。

建兴十二年，诸葛亮从成都出剑门还汉中，齐集三军出斜谷伐魏。大军至湄，兵屯五丈原分兵屯田。魏军屡次出战，魏军坚筑营垒，不与蜀军交锋。客主之势有利于魏，不利于蜀。是年六月，诸葛亮死于军中。

诸葛亮去世后，朝廷内外失控，后主无能，奸佞当道。随军长史杨仪奉命引大军退回汉中，后军军师魏与杨仪不和，自引军归，都向后主上疏互道谋叛，使魏延军散被杀。蜀又派吴懿督守汉中，北伐曹暂告一段落。