魏明帝太和二年（戊申，公元228年），诸葛亮将要攻打魏，税下人商量这次军事，行动。丞相司马魏延说：“听说夏侯是魏帝的女婿，此人胆却而没有智谋。现请给我五千人的精锐部队，带着五千人口粮，直接从褒中出发，沿着秦岭向东，到子午道后折向北方，用不了十天功夫，可以抵达长安。夏侯听到我突然来到，一定弃城逃走。长安城中就只有御史、京兆太守了。横门粮仓的存粮以及百姓逃散剩下的粮食，足以供给军粮。等到魏国在东方集结起军队，还要二十多天时间，而您从斜谷出来接应，也完全可以到达。这样，就可以一举而平定咸阳以西的地区了。”诸葛亮认为这是危而不妥的计策，不如安全地从平坦的路上出去，可以稳稳当当地取得陇右地区，有百分之百的把握取胜而不会有失，所以不用魏延之计。（子午谷之谋有利有弊，以诸葛谨慎的性格是断不会采用的）
诸葛亮扬言从斜谷取城，命令镇东将军赵云、扬武将军邓芝充当疑兵，据守箕谷；明帝派遣曹真都督关右地区各军驻扎在城。诸葛亮亲自统率大军进攻祁山，军阵整齐，号令严明。起初，魏认为蜀汉昭烈亮刘备已经去世，几年来没有什么动静，因此放松了防备；而突然听到诸葛亮出兵，朝廷和民众都很惧怕。于是，天水、南安、安定等郡都背叛魏而响应诸葛亮，关中如雷轰顶，受到震动，朝廷大臣不知不什么对策，明帝说：“诸葛亮本来依据山险固守，现在亲自前来，正合乎兵书所说招敌前来的策略，一定能够打败诸葛亮。”于是统领步兵和骑兵五万大军，命右将军张监管军务，向西抵御诸葛亮。丁未（疑误），明帝到达长安。
起初，越太守马谡，才气和抱负超过常人，喜好议论军事谋略，诸葛亮对他深为器重；昭烈帝刘备临终之时对诸葛亮说：“马谡言语浮夸，超过实际才能，不可委任大事，您要对他多加考察。”诸葛亮还认为不是这样，让马谡做参军，时常接见一起谈论，从白天直到黑夜。等到出兵祁山，诸葛亮不用旧将魏延、吴懿等为先锋，而是让马谡统领各军在前，同张颌在街亭交战。
马谡违背诸葛亮的指挥调度，军事行动混乱无章，放弃水源上山驻扎，不在山下据守城邑。张断绝马谡取水的道路，发动进攻并大败马谡，蜀军溃散。诸葛亮前进没有据点，就攻取西县一千多人家回到汉中。把马谡关进监狱，杀了他。诸葛亮亲自吊丧，为他痛哭流涕，安抚他的子女，如同平素一样恩待他们。蒋琬对诸葛亮说：“古时候晋国同楚国交战楚国杀了领兵的得臣，晋文公喜形于色。现在天下没有平定，而杀了智谋之士，难道不惋惜吗？”诸葛亮流着眼泪说：“孙武能够制敌而取胜于天下的原因，是用法严明；所以晋悼公的弟弟扬干犯法，魏绛就杀了为他驾车的人。现在天下分裂，交战刚刚开始，如果又废弃军法，怎么能够讨伐敌人呢？”
马谡没有失败时，裨将军巴西人王平一再规劝马谡，马谡不采纳；等到失败，部众四散，只有王平率领的一千人擂响战鼓，把守营地，张怀疑有伏兵不敢往前*近，于是王平缓缓地收扰各部散余的士兵，率领人马返回。诸葛亮既杀了马谡和将军李盛，还夺了将军黄袭等的兵权，王平的名声地位就特别提高和显示出来，又提拔他为参军，统伶部兵马和营屯之事，官位晋升到讨寇将军，封为亭侯。诸葛亮上书请求自己贬降三级，汉后主任命诸葛亮为右将军，兼理丞相的职务。
这时赵云、邓芝的部队也在箕谷战败，赵云收敛部队坚守，所以损失不大，但也因此被贬为镇军将军。诸葛亮问邓芝道：“街亭失利，大军败退，兵将不再可收拾，箕谷战败部队撤退，兵将依然齐整如初，是什么原因呢？”邓芝说：“赵云亲自在部队后面拒敌，军需物资，一点都没有抛弃，兵将没有什么缘由可以散乱。”赵云有军资和剩余的绢帛，诸葛亮让用来分给将士，赵云说：“军事上没有胜利，为什么要有赏赐，这些物资请全部存入赤岸库，等到十月用作冬季犒劳品。”诸葛亮很赞同这个意见。（赵云并非长胜将军，这是他在正史中为数不多的出场机会。）
有人劝说诸葛亮再次发兵，诸葛亮说：“大军在祁山、箕谷的时候，都多于敌军，但没有打败敌人，反而被敌人打败，问题不在于兵少，而在于将领。现在我打算减少兵将，显明责罚，反思过失，将来另想变通的办法。如果不能这样，即使兵多也没有什么用处！从今以后，凡是一心为国家分忧效忠的人，只要多多批评我的过错，那么大事就可以安定，敌人就可以打垮，大功就可跷足而待了。”于是考察有功将士，连微小的功劳也不遗漏，对壮烈之士，一一加以甄别，引过自责，把自己的过失在境内公开宣布，练兵讲武，准备将来进取。将士精简干练，民众忘记既往的兵败了。（这边正史上压根没空城计一说，司马懿也不会分身在这出现）
诸葛亮出兵祁山的时候，天水参军姜维向诸葛亮归降。诸葛奶赞赏姜维的胆识，任用他做仓曹掾，掌管军事。
曹真讨伐安定等三个郡，都已平定。曹真认为诸葛亮以祁山之败为戒，以后一定从陈仓兵，于是让将军郝昭等驻守陈仓，修建城池。
夏季，四月，丁酉（初八），魏明帝返回洛阳。