南中平定後，解除了後顧之憂，諸葛亮便“治戎講武”，積極準備北伐。建興五年(227年)，諸葛亮乘曹丕病死、曹叡繼位之機，率軍進駐漢中，並向後主劉禪上了一個表章──《出師表》，同時調整了軍政部署：
1.命前將軍李嚴移駐江州，負責後方軍政工作;
2.命護軍陳列駐紮永安以防東吳;
3.命長生張裔、參軍蔣琬總理國內行政事務;
當時，從漢中北進，必須經過幾百里的高山險谷。自古以來，有兩個方向四條通道。一個方向是出秦嶺入關中。在這個方向上有二條通道：一是出秦嶺子午道，進入關中;二是經秦嶺褒斜道，出入斜谷，進入關中西部;這二條通道谷長路險，均有棧道，大軍行動比較困難。另一個方向是往西經陽平關進入隴山，在這個方向上有二條通道;一是出陽平關，經故道、散關，進入隴東;一是出陽平關，經武都、建成到隴右的祁山出天水。這二條通道道路較遠，但略爲平坦。
諸葛亮在北伐前同將領們商議進軍方略時，丞相司馬魏延建議出子午道襲取長安。諸葛亮認爲魏延的進軍方案有危險，便採取穩紮穩打，先奪取隴右，再相機進圖關中的戰略方針。
當時曹魏對付蜀漢的方針是分兵守險，堅壁不出，以待國力強大，尋釁滅蜀，防禦部署是：
1.命安西將軍夏侯楙都督關中，鎮守長安;
2.命大將軍曹真督關右諸軍，駐紮在斜谷北面的郿縣，以防禦趙雲;
3.派名將張郃率五萬駐防隴右一線，以西拒諸葛亮;
建興六年(228年)，諸葛亮第一次北伐，採用聲東擊西之計，派趙雲、鄧芝率偏師作爲疑兵，前據漢中的箕谷，揚言由斜谷進攻郿，以吸引和鉗制關中魏軍，自己率主力出漢中西北，進攻祁山、西縣，以奪取隴右。曹魏派大將軍曹真督關右諸軍迎戰。蜀軍前鋒進至街亭與魏軍張郃遭遇。前軍指揮馬謖部署錯誤，魏軍進攻，蜀軍大敗，街亭失守。諸葛亮因出師不利，退回漢中。三郡陸續被魏軍平定。蜀軍佯攻部隊趙雲，鄧芝疏於戒備，在箕谷與曹真對壘時以優勢兵力失利，退卻時，趙雲親自斷後，燒燬褒斜道赤崖以北的閣道，迫使魏軍停止追擊，諸葛亮以街亭、箕谷失利的結束了第一次北伐。
同年十二月，諸葛亮獲悉魏軍曹休攻吳兵敗，張郃東下，關中虛弱，急率軍數萬進行第二次北伐，走故道，出散關，圍攻陳倉。魏將郝昭築城固守，雙方相持二十多天，蜀軍糧盡，諸葛亮只好退兵。第二年春，諸葛亮第三次北伐，派陳式攻取武都、陰平二郡，魏軍郭淮反擊陳式，諸葛亮率軍迎戰，郭淮退軍，蜀軍攻佔二郡。
