魏明帝太和二年，诸葛亮将要攻打魏国，与部下众将商议这次军事行动。丞相司马魏延说：“听说夏侯楙是魏帝的女婿，胆怯而没有智谋。现请给我五千精兵，带上五千人的口粮，直接从褒中出发，沿着秦岭向东，到子午道后折向北方，用不了十天工夫，可以抵达长安。夏侯楙听到我军突然杀到，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留下的粮食，足以供给军需。等到魏国大军在东方集结，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，就可以一举攻取咸阳以西的地区了。”诸葛亮认为这是过于危险的计策，不如比较安全地从平坦的大逼进军，可以安稳地取得陇右地区，有百分之百的把握取胜而不会失手，所以没有采用魏延之计。
诸葛亮扬言从斜谷攻取郿城，命令镇东将军赵云、扬武将军邓芝充当疑兵，据守箕谷；魏明帝派曹真都督关右地区各军驻扎在郿城。诸葛亮亲自统率大军进攻祁山，军阵整齐，号令严明。起初，魏国以为蜀汉昭烈帝刘备已经去世，蜀国数年没有动静，因此放松了防备；而突然听到诸葛亮出兵，朝廷和民众都很恐惧。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，朝廷大臣不知该出什么对策。魏明帝说：“诸葛亮本来依据山险固守，现在亲自率军前来，正合乎兵书所说招敌前来的策略，这回一定能打败诸葛亮。”于是召集步兵和骑兵五万大军，命右将军张郃率领，向西抵御诸葛亮。丁未，魏明帝到达长安。
起初，越巂太守马谡，才气和抱负超过常人，喜欢议论军事谋略，诸葛亮对他深为器重；刘备临终前曾对诸葛亮说：“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。”诸葛亮并不这样认为，让马谡担任参军，时常召见与其商议大事，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，与张郃在街亭交战。
马谡违背了诸葛亮的指挥调度，军事措施混乱无章，放弃水源之地而上山驻扎，没在山下据守城池。张郃断绝马谡的取水之道，向蜀军发动进攻，大败马谡，蜀军溃散。诸葛亮前进没有据点，就攻取西县一千多户人家而退回汉中。诸葛亮将马谡关进监狱，并杀了他。诸葛亮亲自为其吊丧，为其流泪哭泣，安抚他的子女，如同往日一样恩待他们。蒋琬对诸葛亮说：“古时候晋国同楚国交战，楚君让兵败的主将成得臣自杀，晋文公才喜形于色。现在天下没有平定，而杀了智谋之士，难道不可惜吗？”诸葛亮流着眼泪说：“孙武能够克制敌人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仆人。现在天下分裂，混战刚刚开始，如果又废弃军法，怎么能够讨伐敌人呢？”
马谡没有战败时，裨将军巴西人王平一再规劝马谡，马谡却不采纳；等到失败时，部众溃散，只有王平率领的一千人擂响战鼓，坚守营寨，张郃怀疑有伏兵而不敢逼近，于是王平缓缓地收拢各部离散的士兵，率领人马返回。诸葛亮既杀了马谡和将军李盛，剥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。于是提拔他为参军，统领五部兵马和营屯之事，官位晋升到讨寇将军，封为亭侯。诸葛亮上书请求将自己贬降三级，汉后主只好任命诸葛亮为右将军，兼理丞相的职务。(www.xing528.com)
这时，赵云、邓芝的部队也在箕谷战败，赵云收拢部队坚守，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，兵将散乱不可收拾；而箕谷战败部队撤退，兵将依然如初，保持完好，是什么原因呢？”邓芝说：“赵云亲自断后，军需物资一点都没有抛弃，兵将没有什么缘由溃散。”赵云有军资和剩余的绢帛，诸葛亮让他分给将士，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。”诸葛亮非常赞赏。
有人劝诸葛亮再度出兵，诸葛亮说：“大军在祁山、箕谷的时候，数量都多于敌军，仍没能打败敌人，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，即使兵再多也没有什么用！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，那么大事就可以完成，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，民众忘记了曾经的失败。
诸葛亮出兵祁山的时候，天水参军姜维向诸葛亮归降。诸葛亮赞赏姜维的胆识，任用他做仓曹掾，掌管军事。
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