蜀汉建兴十二年（公元234）春，诸葛亮在经过三年的休整后，第五次率军北伐，这一次他用流马运送军粮，兵出斜谷，占据了武功县的五丈原，屯兵于此。司马懿率魏军在渭水南岸筑下营垒，抵挡诸葛亮。
秦岭山路崎岖，运送军粮非常不方便，诸葛亮时常担心粮食不能及时送到，这会导致军中缺乏粮食，影响到战事。诸葛亮分出一部分士兵在渭水边上屯田，就地取粮，以为长久之计。蜀军对当地的百姓秋毫无犯，和百姓们一起种地，相处得比较和谐。
诸葛亮北伐
诸葛亮先后两次使用“声东击西”的计谋，意图攻取北原和阳遂，但是被曹魏名将郭淮识破。郭淮建议司马懿提前派兵在北原和阳遂布置防守，司马懿听从了。由于魏军提前有了防备，蜀军没能攻下北原和阳遂。
武功水是渭河的一条支流，由南向北流入渭河。诸葛亮派遣虎步监孟琰率军渡过武功水，占据武功水的东岸。孟琰渡过武功水后，河水突然暴涨。司马懿看到了战机，下令魏军出动攻打孟琰，他认为水势太大，蜀军无法渡河来救援孟琰，此时的孟琰就是一支孤军。
诸葛亮得知孟琰被攻击，急忙令弓弩手隔着武功水向对岸的魏军放箭，同时令士兵抓紧搭设浮桥。魏军攻势受阻，又看到蜀军的浮桥快搭好了，于是就退走了。
司马懿
诸葛亮屡次挑战司马懿，司马懿只是坚守营垒，不率军迎战。魏国的将领们认为司马懿太胆怯，说司马懿“畏蜀如虎”，纷纷请求出战，但司马懿就是不答应。为了让众将安心听令，司马懿决定用天子的威名来震慑诸将，他写了一封奏表，派人送到了魏明帝曹叡手中，请求率军出战。曹叡也是聪明之人，他知道司马懿“千里请战”的苦衷，司马懿明着说想出战，实际上是不想出战。曹叡派遣卫尉辛毗持天子节杖来到了魏军大营，辛毗就代表着天子，无论哪位将领想出战，都会被辛毗阻止。
姜维听说这件事情后，对诸葛亮说道：“辛毗手持节杖到了魏军大营，魏军不会再出来了。”
诸葛亮说道：“司马懿本来就不想出战，他之所以向曹叡请战，就是为了用天子名义节制诸将。将在外，君命有所不受，司马懿要是能击败我，早就出战了，哪里还用得着千里请战。”
诸葛亮
诸葛亮见司马懿一直不出战，便命人去魏营，送给司马懿一套妇人的衣服，以此来羞辱司马懿。司马懿很能隐忍，他坦然接受了这份礼物，一点儿也不生气。
司马懿的弟弟司马孚写了一封书信，问司马懿前线战事怎么样了，司马懿在回信中说道：“诸葛亮志向很大但不会寻找时机，谋划很多但是缺乏决断，喜欢用兵但是又不懂得权变，他虽然带了十万大军，但是必定会被我击败。”
有一次，诸葛亮派使者来到魏营下战书，司马懿与使者交谈，问使者诸葛亮最近的情况，使者回道：“丞相整天都很忙，军中有谁到了杖责二十以上的罪，丞相都会亲自过问。此外，丞相每天吃得也很少。”
武侯祠
使者离开后，司马懿对部下说道：“诸葛亮太劳累，吃得又很少，他快要死了。”
这一年秋天，诸葛亮忧劳过度，病倒了。后主刘禅听闻诸葛亮病重，令尚书仆射李福前往五丈原，看望诸葛亮。李福问候一番后离开了，过了几天李福又回来了。
诸葛亮对李福说道：“我知道你的来意，有些重要的事情我还没有给你交代，所以你才回来了。我死以后，蒋琬可以承担重任。”
李福问道：“蒋琬之后，谁还可以再做继任者。”
诸葛亮回道：“费祎可以。”
“那费祎之后谁还可以继任？”李福继续问道。
诸葛亮并没有回答，李福只好告退离开，返回成都了。
诸葛亮又开始向蜀军众将交代后事，在他死后，由长史杨仪率军后退，令魏延率军断后，大军撤退的时候秘不发丧。
诸葛亮还交代自己死后仅需要一口棺材就行了，里面放一些衣物，简单下葬，不需要放陪葬的物品。
诸葛亮
诸葛亮去世后，蜀军开始撤退，司马懿得知以后，急忙率军追击，姜维和杨仪见魏军追来，调转战旗，敲响战鼓，准备应战。司马懿见蜀军阵容严整，不敢再追击了，率军撤退了。百姓们知道这件事情后，编了一句谚语“死诸葛吓走了生仲达”。有人将这句谚语告诉了司马懿，司马懿说道：“我能料其生，不能料其死啊。”
司马懿巡视了诸葛亮生前所建的营寨，说道：“诸葛亮真是天下奇才啊！”
后来，司马懿上奏曹叡，想率军攻打蜀汉，但是曹叡没有同意，司马懿只能作罢。
司马懿
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