诸葛亮经过第一次北伐试探后，其重心是构筑蜀汉的防御系统，功在当代，利在后代。蜀汉有了坚固的防御系统后，诸葛亮才开始发力，进行真正的北伐。那么诸葛亮首要拓展的区域是哪里呢？前面说过，以蜀汉的国力不足以覆盖关中，只能把战场缩小到陇右及其以西的区域。
那么要如何占领这些区域呢？当然不是对该区域的每个郡进行逐个的攻拔和占领，孙子曰：“夫用兵之法，全国为上，破国次之；全军为上，破军次之”；兵法又曰：“故兵不顿而利可全，此谋攻之法也。”要占领该区域，其上策就是夺取该区域的要塞，这个要塞就是秦川的要道，祁山道、陈仓道、斜谷道、骆傥道和子午谷道，要道的其中一端通向陇右和汉巴，要道的另一端通向渭水流域的关中平原，所以这也是关中平原的西部屏障，又叫大散关。如果蜀汉控制了大散关，就断绝了陇右和关中，直接威胁关中平原的同时，陇右以西的区域都将属于蜀汉的。
所以诸葛亮只要做到断陇就可以取得陇右及其以西的区域，根本不需要消耗力量去攻拔陇右的那些郡县，这就是谋攻之法。大散关对曹魏来说更为重要，失去大散关的控制权，不但失去陇右及其以西的区域，而且关中会受到威胁，所以李世民在北联突厥和东稳瓦岗李密，取下长安为据点后，首要平定的就是长安的大后方陇右。诸葛亮在抵御曹魏大举伐蜀后的第二年率军北伐，这次的军事意图非常明显，就是击败自己的对手和歼灭敌人主力军。
曹魏对诸葛亮即将北伐商量对策，魏国群臣认为蜀军无辎重，粮食难以为继，不如把上邽的生麦割掉，然后闭关城门，让蜀军进出无所获，蜀军无所获则不攻自退，无须劳兵动众。这样的对策其实就是“坚壁清野”，通常只有对面对自己无法击败对手才会使用这样消极的防御部署，魏明帝不同意。另外蜀军为什么无辎重，因为秦川要道难行，诸葛亮以木牛运粮。魏明帝召司马懿入朝，说：“西方事重，非君莫可付者。”使司马懿西屯长安，督雍、梁二州军事，统车骑将军张郃、后将军费曜、征蜀护军戴凌、雍州刺史郭淮等共同讨伐诸葛亮。
诸葛亮出祁山，围攻魏将贾嗣和魏平于祁山。司马懿留后将军费曜和征蜀护军戴凌四千精兵守上邽，其余西救祁山。上邽是陇右的耕种之地，同时也是魏军陇右屯粮处，其意义等同于袁绍官渡乌巢。张郃建议分兵到蜀军的后方雍、郿，截断蜀军回去的后路，然后进行前后包抄。司马懿认为如果分兵能够做到独自敌挡蜀军，那自然就如将军所说；如果不能做到，分兵势弱会被蜀军逐个击破。于是司马懿率军向祁山奔来，诸葛亮闻魏军赶来，留兵继续围攻祁山，自己率兵与司马懿的方向相反行军，直接到了魏军的后方上邽。司马懿是从上邽赶来祁山解围，诸葛亮是从祁山出发，避开了从上邽赶来的司马懿，直接到了魏军的后方上邽。
诸葛亮击败上邽的郭淮和费曜，毁掉魏军储备的粮食，并着手割魏军的麦，魏军知道消息后，诸将皆惧。兵法曰：“军争之难者，以迂为直，以患为利。”意思是与敌人争夺主动权时最难办的，就在于如何通过迂回曲折的途径达到近直的目的，化不利因素为有利因素。兵法又曰：“故迂其途，而诱之以利，后人发，先人至，此知迂直之计者也。”意思是故意迂回绕道，并且以小利引诱敌人行动，能做到比敌人后出动而先到达争夺的地点，这就懂得以迂为直的计谋。“先知迂直之计者胜”，诸葛亮以围攻祁山引诱魏军来救，然后迅速绕道抵达魏军的后方，攻其无备，出其不意，击败魏军的后方力量，毁掉魏军的粮食，同时还也化解了围攻祁山那边蜀军的危机。“其疾如风，其徐如林”诸葛亮行军速度之快，达到出奇不意的效果。另外诸葛亮在上邽击败的是郭淮和费曜，也就是说，守护上邽粮食的不仅有中护军费曜和魏平的四千精兵，还有偏军雍州刺史郭淮的州兵。
魏军各将士对诸葛亮到达上邽而感到恐惧，司马懿作为统帅表现冷静，这是袁绍之流所不能比的。司马懿马上稳定军心，说诸葛亮虑多决少，必定安营自固，然后割麦，表示行军二日便可到达，于是调头放弃救援祁山，日夜兼赶，返回上邽。“亮望尘而遁”，见司马懿率大军奔过来，“尘高而锐”，魏军锐气正盛，兵法曰：“善用兵者，避其锐气”，诸葛亮率军避开魏军，敛兵依险，然后与司马懿相遇于上邽之东汉阳。司马懿使牛金率骑兵在前作诱饵，引诸葛亮来攻，自己率兵在后列阵以待，所谓“饵兵勿食”，诸葛亮与牛金只是浅战而没有深战，便率军回祁山，然后在祁山附近卤城驻营。
蜀军“据南北二山，断水为重围”，即蜀军分成两营，分别背靠南山和北山，中间由河水断开，即两营的正面是河。诸葛亮驻营后就没有动静，而魏军方面则人心燥动，都要求请战，司马懿不同意，在山上扎营观望。贾栩、魏平因多次请战不成，生气地说“公畏蜀如虎，奈天下笑何！”五月，司马懿遣张郃进攻南围的王平，自己率军从中路向北围的诸葛亮进攻。南围的王平坚守不出，张郃不能攻克。而北围的诸葛亮被司马懿攻破外围，诸葛亮率军逃跑，司马懿率军追击，击破蜀军，“俘斩万计”。这时诸葛亮使魏延、高翔和吴班杀出，大破魏军，获得“甲首三千级，玄铠五千领，角弩三千一百张”，随后司马懿还保营。
卤城之战是场主力会战，究竟是蜀军胜利还是魏军胜利呢？下面引用《战争论》的原文来证明：“会战过程中的损失主要是人员的伤亡，而会战后的损失却主要是火炮的丢失和人员的被俘。前一种损失对胜败双方来说都是存在的，只是数量不同而已，后一种损失却不是这样，通常只是失败的一方才有这种损失，至少失败一方的这种损失要大得多。因此，缴获的火炮和俘获的人员在任何时候都被看作是真正的战利品，同时又被当作是衡量胜利的尺度，因为根据这一切可以确实无误地看出胜利的大小。”由此可以判断蜀军是胜利方，因为蜀军获得非常明确的战利品，而魏军不但没有战利品，而且交战的伤亡数量还是个略数。
《战争论》还说到“胜利的大小取决于所战胜的敌军的兵力的大小以及战利品”，那么“甲首三千级”是什么概念呢？因为经济水平等各种因素的影响，不同时代的甲首含义也不同，这里用同时期袁绍击败公孙瓒“甲首千余级”来衡量。袁绍与公孙瓒合战于桥南，是场两鼓力量相碰撞后就完成的战斗，与卤城之战完全相同。
公孙瓒有步兵三万余为方阵，左右两翼各五千馀骑兵，中坚精骑数千，取号“白马义从”，所以公孙瓒总共兵力为四万五千。袁绍的部署是前八百兵，后面尾随着强弩千张，数万步兵列阵在后，应该说总兵力相当。虽然袁绍几乎没有骑兵，但是他有位久在凉州，晓习羌斗的麹义，公孙瓒见袁绍骑兵少，于是遣骑兵冲锋想冲散袁绍的军队，麹义兵皆伏不动，骑兵未到十步时，麹义精兵俱起，强弩雷发，所中必倒，然后临阵斩瓒“甲首千馀级”，公孙瓒败绩，二千余匹卒奔走，不复还营，于是袁军追到公孙瓒军营，营中余众皆复散走。
也就是说袁绍临阵斩公孙瓒“甲首千馀级”，就使拥有四万五千兵力的公孙瓒彻底失败。由此可以类推诸葛亮“甲首三千级”，魏军的兵力是非常大的。公孙瓒败而不复还营，司马懿是败而还保营。另外袁绍有数万兵力，拥有的强弩却只有“千张”，而诸葛亮所获的角弩就有“三千一百张”，与“甲首三千级”的级别是匹配的。《战争论》说史书很少记载双方交战的兵力，那是因为统帅心里都有个衡量数，史书多次提到诸葛亮提卒十余万，魏书也有记载“十万之兵，东西奔赴，边境无一日之娱”这里说的东西奔赴的十万是中护军，州郡偏军不算在内。总之魏军对付蜀军的兵力只会多而不会少，所以卤城之战蜀军是大胜。
另外《魏明帝纪》还提到“前后遣兵增宣王军，又敕使护麦。宣王与亮相持，赖得此麦以为军粮。”只有当司马懿兵力严重受损，魏明帝才需要为其补充兵力，通过补充了兵力才能和诸葛亮继续相持。魏明帝除了为司马懿增兵之外，还加派了兵力护粮，其实当初曹魏上下是想“坚壁清野”防御诸葛亮，后来是魏明帝自己执意要和诸葛亮决定高下。这里说到前后增兵，应该是指上邽和卤城的两次败仗。
从战术上来讲，南围的王平都能做到坚守挡住张郃的进攻，诸葛亮却无法坚守反被司马懿拔营，这是讲不通的。所以这是诸葛亮的诈败计，诸葛亮以自己为诱饵引司马懿追击，然后把司马懿引到伏击地，用主力击败魏军。诸葛亮以自己为诱饵，吸引力够强，份量也够重，司马懿才会放心去追击。六月，雨水季节快要到，诸葛亮考虑到后方运粮可能会受阻，于是写信给李严，准备了上中下三策，上计断其后道；中计与之持久；下计还住元丰。这三策都是依据运粮是否到位才决定使用哪策。其实自从诸葛亮在上邽毁了魏军的粮仓后，维持魏军的都是从关中里运来的粮，虽然郭淮曾经在羌民借到粮食，但是毕竟有限，只能解得一时之需，主要靠的还是从关中运来的粮，所以诸葛亮的上策是打算断魏军的后道，断了后道，陇右魏军就无所食，无所食就会变成诸葛亮的囊中物。
所以诸葛亮先毁掉魏军上邽粮仓的战术是很高明的，使魏军由主势变为客势，与蜀军一样都要通过运粮才能到达前线。李严回信选了下策，后来李严又后悔了，于是用更大的错误来掩盖小错误，于是诸葛亮按照李严的回信撤军。诸葛亮从卤城还保祁山后退军，司马懿遣张郃追击，张郃说“归军勿追”，归军是分情况的，曹爽伐蜀是因疲劳而退军，这是就必须追击；如果退军的不是疲军，兵法曰：“归师勿遏”。司马懿也许认为蜀军征战数月应该是兵疲气衰的时侯，而且退军时军心涣散，是最无备的状态，而他们魏军有很多是由魏明帝所增的新兵，战斗力正盛，所以追击蜀军正是好机会。
遗憾的是追击的魏军陷入诸葛亮的埋伏区，被乘高布伏，弓弩乱发射杀，张郃也被射杀了。诸葛亮发明了连弩专门对付骑兵。“郃识变数，善处营陈，料战势地形，无不如计，自诸葛亮皆惮之”，张郃是魏将中最擅长随形料势，能知进退，一般不会冒进，汉中之战时，刘备就已经忌惮张郃，不过现在被诸葛亮设伏。张郃不是被意外射杀，而是军队落入诸葛亮的圈套里，这个圈套就是八阵图，是临阵制敌的奇正之法。
汉中之战，法正先出正兵，后出奇兵，斩了夏侯渊，事后曹操赞叹法正之奇。双方交战，必须先识变数，识变数便知形，知形便能料势，能料势便知攻守。兵法曰：“凡治众如治寡，分数是也；斗众如斗寡，形名是也。”对于真正有军事能力的统帅，指挥百万作战和指挥几万作战是一样的，军队的力量都能被释放出来，而不会出现被闲置的状况，其实只是制度和指挥的问题，曹操赤壁之战后“亲执金鼓以令进退”；诸葛亮是“独乘素舆，葛巾毛扇，指麾三军，随其进止”。《问对》里提到曹公注《孙子》曰：“先出合战为正，后出为奇。”但李靖认为奇正不分先后，而是“吾之正，使敌视以为奇；吾之奇，使敌视以为正；以奇为正，以正为奇，变化莫测”；“兵散则以合为奇，合则以散为奇”。
诸葛亮的八阵图是奇正相生之法，其原理是根据各种自然现象结合到军队的运动而推演出来，比如金、木、水、火、土、天、地、人之间是相生相克的，可能是奇正相生的原理，又比如天、地、风、云、飞龙、翔鸟、蛇蟠是军队交战的状态，又比如方、圆、冲、轮、雁行是军队的离心运动或向心运动而形成不同的势，兵法曰：“纷纷纭纭，斗乱而法不乱；混混沌沌，形圆而势不散。”司马昭灭汉后令军事学家陈勰学习诸葛亮的兵法兵制，推广为晋的军事制度。卤城之战和木门之战，双方对阵交战，蜀军的单兵作战能力并不会比魏军强，诸葛亮只有精通了奇正之兵才能临阵取得大胜，正如袁绍将领麹义因为精通羌斗才能用步兵打败公孙瓒的骑兵。《问对》李靖曰：“臣前述进黄帝、太公二阵图，并《司马法》、诸葛亮奇正之法，此已精悉，历代名将用其一二而成功者亦众矣。”
诸葛亮退军后，魏军便猜测诸葛亮的下次军事行动，有的认为明年麦熟，诸葛亮必寇。司马懿认为，“纵其后出，不复攻城，当求野战，必在陇东，不在西也。”于是上表徙冀州农夫佃上邽。诸葛亮接下来的三年休士劝农，作木牛流马运粮，命诸军把粮食运到斜谷口，并在斜谷口建造了邸阁。诸葛亮此举是节点运粮，先从国内把粮食运到中点站，前线军队再从中点站取粮，这样就缩短了运粮的路程，提高运粮的效率，同时还减轻了士兵运粮的负担，并且还可以根据实际消费确定斜谷口储存量的上下限，保证粮食供应充足而不会发生断粮的情况。节点运粮总体上来说解决了蜀汉为客势的不利因素，诸葛亮是想作为久驻之基。
诸葛亮率军十余万出斜谷，“天子忧之，遣征蜀护军秦朗督步骑二万，受帝节度”，魏明帝外加二万步骑供司马懿节制。前面说过，蜀汉要想占领陇右及其以西的区域，其上策就是控制秦川要道。诸葛亮出斜谷，就是要夺取曹魏大散关的控制权。可是大散关也是魏的要塞，是双方的必争之地。此时大散关属于魏，由魏控制着，魏占有地利之便，可事先做好防御以待敌。魏军是怎么部署呢，刚开始魏诸将打算在渭北等待蜀军，因为可以借助渭水的有利条件抵御蜀军的进攻。司马懿认为，百姓积聚在渭南，才是必争之地，所以率军渡河，背水为垒，然后密切关注蜀军的动向。诸葛亮率军出斜谷后，耕田于兰坑。
雍州刺史郭淮认为诸葛亮必争北原和阳遂，北原和阳遂都在渭北，六盘山南部，若被蜀军占领，蜀军连兵据山，陇道将被蜀军隔绝，陇右以西定会被诸葛亮策反，成为蜀汉之地，于国不利，司马懿赞同。于是魏军提前据守北原和阳遂，后来蜀军果然来攻，但是魏军有戒备，蜀军只好退走，所以未能争得渭北。另外诸葛亮刚出武功时，司马懿说过：“亮若勇者，当出武功依山而东，若西上五丈原，则诸军无事矣。”如果诸葛亮出武功依山而东行，就到了关中的南部武关（关中的要塞是崤关、武关、大散关和潼关），这样诸葛亮的目标就变成了长安。然而诸葛亮没那么冒进，前面说了关中还不是诸葛亮的目标，以蜀汉目前的力量不足以覆盖。郭淮猜得对，诸葛亮意在断陇，所以诸葛亮西上驻五丈原，暂时不会对关中构成威胁。
既然南山渭北对蜀汉控制大散关有很大的作用，诸葛亮为什么不用奇谋，事先派出奇兵，出其不意，攻其无备？其实奇兵的实质就是轻兵，轻兵才适合长途快速奔袭而不容易被敌人发现，然后达到出其不意的效果。如果敌方是昏庸之主，这样出奇兵或许能先发制人占领南山渭北，但是曹魏还不至于昏庸到对大散关无戒备。西方事重，司马懿被魏明帝任命督两州军事，就是要密切关注蜀军的一举一动，常年对蜀汉保持高度警惕。如果这时诸葛亮派出奇兵，无疑是送羊入虎口，等到诸葛亮率大军到达时，奇兵早就被魏军歼灭。其实所谓的奇谋取胜，通常是用小术而胜无术，比如曹操击败吕布、文丑和张鲁都是这种情况，夏侯渊平定关西时也用了很多奇谋，诸葛亮七擒孟获同样是，因为对手都是不懂术之人，曹操后期没有了奇谋，那是因为遇到了有术的对手。很明显魏明帝所派遣的司马懿不是无术之将，用普通的战术肯定是行不通的，只能用更高明的战术。
诸葛亮率大军，魏军才不敢敌挡。兵法曰：“我得则利，彼得亦利者，为争地；争地则无攻。”争地无攻的意思是如果敌人已经抢占了争地，我方就不要去攻击了。南山渭北被魏军先占领，魏军坚守不出，司马懿屯渭南也坚守不出，这时蜀军就不要去强攻。那么对争地还有什么办法呢？兵法又曰：“争地，吾将趋其后。”也就是说后方必须要迅速跟进。
诸葛亮这次出军本来就是准备长驻不走的，所以在后方斜谷口屯了大量粮食，然后在前线治戎讲武，分兵屯田。前线的蜀军在渭水流域是真屯田，军队与居民混和一起耕，秋毫不犯百姓，百姓也很安心耕种，跟在国内的一样。也就是说诸葛亮早盘算好要与魏军打持久战，所以把自己的军队变成一座坚城，驻在大散关，然后使魏军不得西去。因为魏军西去很容易被蜀军截断后路，到时变成孤军深入，更重要的是蜀军会趁机夺取南山渭北，依山驻扎，然后与五丈原的主力军形成犄角之势，那么整个大散关就在诸葛亮的控制之下。诸葛亮控制大散关之后，必定是先构筑防御工事，然后对陇右及其以西的区域进行安抚，西和诸戎本来就是诸葛亮原有的政策，陇西产的匹马多，可以供战争所需，到时蜀军的兵种也会发生变化，正好适合关中平原作战。所以魏军不敢轻举妄动，只能坚守不出，做消极防御。
诸葛亮把后方和前线结为一体，成功的转客势为主势，如在国中，占尽地利之便，诸葛亮可以托得起，可以等待魏军出现状况。然而曹魏却不是这样，曹魏在大散关驻那么多兵，日费千金，而且还必须长期供应，所谓“久暴师而国用不足”，这句话更适合用于此时的曹魏。最初魏国朝廷认为诸葛亮远道而来，利在速战，所以打算固守，用长久之计来抑制蜀军，使蜀军因缺粮而退军。
可是曹魏这次还是打错算盘了，固守虽然避开了与诸葛亮野战，但是持久之计却成了魏军的不利因素。魏军坚守不出，蜀军就屡次挑战，这种长期的消极防御，会令不明真相的魏将感到耻辱。所以诸葛亮为了刺激魏将，给魏军送去妇人服。为了化解魏将燥动的情绪，这时魏明帝和司马懿合演了一出要出战和不让出战的戏，这出戏是演给魏军上下看的。司马懿假装执意出战，然后千里请战，魏明帝则遣辛毗执仗制止司马懿出战，这样就挽回了司马懿在军队里的威望，并起到安抚魏军情绪的作用。
所以当诸葛亮遣使者到魏营时，司马懿不问戎事，而是打听诸葛亮的饮食生活状况。其实司马懿又怎么真的关心诸葛亮的健康，他是对诸葛亮无计可施了，只能寄托于诸葛亮的健康出现问题。诸葛亮罚二十以上，皆亲揽焉，二十杖在蜀军中已经是重法了，必须由最高统帅决定，也说明了蜀军守法，蜀军严于守法，蜀军的战斗力才会强。出师未捷身先死，八月，诸葛亮生病，卒于军中，遗命退军。诸葛亮死后，蜀汉再没有人有能力率军出陇右或陇东，蒋婉和费祎时期自认军事能力远不如诸葛亮，承诸葛亮遗规，对外采取守势，对内做到安国抚民。到了蜀汉末期，姜维屡伐陇西，图得小利而得不偿失，导致穷兵黩武，后来率军出了一次上邽，被邓艾大破，星散流离，死者甚重。
再后来诸葛诞反魏，姜维趁关中空虚率军出秦川，魏将因兵少而固守，后邓艾来支援，姜维退军。诸葛亮在军中病亡，密而不宣，蜀汉退军，司马懿得知，率兵追击，姜维令杨仪反旗鸣鼓，司马懿不敢逼近退走，于是百姓谚语：“死诸葛走生仲达。”数日后，司马懿行至诸葛亮营垒，观诸葛亮所遗之物，不由的感叹：“天下奇才也。”诸葛亮病亡后，魏明帝无忧，大兴土木，奢侈浪费，曹魏从此衰落。东吴孙权也同样如此，重用酷吏，先是铸大钱，一当五百，明年又铸当千大钱，而且立储时立幼不立长，导致后来发生严重的宫斗，三国最后被晋终结。