魏明帝太和二年（戊申，公元228年），諸葛亮將要攻打魏，稅下人商量這次軍事，行動。丞相司馬魏延說︰「听說夏侯是魏帝的女婿，此人膽卻而沒有智謀。現請給我五千人的精銳部隊，帶著五千人口糧，直接從褒中出發，沿著秦嶺向東，到子午道後折向北方，用不了十天功夫，可以抵達長安。夏侯听到我突然來到，一定棄城逃走。長安城中就只有御史、京兆太守了。橫門糧倉的存糧以及百姓逃散剩下的糧食，足以供給軍糧。等到魏國在東方集結起軍隊，還要二十多天時間，而您從斜谷出來接應，也完全可以到達。這樣，就可以一舉而平定咸陽以西的地區了。」諸葛亮認為這是危而不妥的計策，不如安全地從平坦的路上出去，可以穩穩當當地取得隴右地區，有百分之百的把握取勝而不會有失，所以不用魏延之計。（子午谷之謀有利有弊，以諸葛謹慎的性格是斷不會采用的）
諸葛亮揚言從斜谷取城，命令鎮東將軍趙雲、揚武將軍鄧芝充當疑兵，據守箕谷；明帝派遣曹真都督關右地區各軍駐扎在城。諸葛亮親自統率大軍進攻祁山，軍陣整齊，號令嚴明。起初，魏認為蜀漢昭烈亮劉備已經去世，幾年來沒有什麼動靜，因此放松了防備；而突然听到諸葛亮出兵，朝廷和民眾都很懼怕。于是，天水、南安、安定等郡都背叛魏而響應諸葛亮，關中如雷轟頂，受到震動，朝廷大臣不知不什麼對策，明帝說︰「諸葛亮本來依據山險固守，現在親自前來，正合乎兵書所說招敵前來的策略，一定能夠打敗諸葛亮。」于是統領步兵和騎兵五萬大軍，命右將軍張監管軍務，向西抵御諸葛亮。丁未（疑誤），明帝到達長安。
起初，越太守馬謖，才氣和抱負超過常人，喜好議論軍事謀略，諸葛亮對他深為器重；昭烈帝劉備臨終之時對諸葛亮說︰「馬謖言語浮夸，超過實際才能，不可委任大事，您要對他多加考察。」諸葛亮還認為不是這樣，讓馬謖做參軍，時常接見一起談論，從白天直到黑夜。等到出兵祁山，諸葛亮不用舊將魏延、吳懿等為先鋒，而是讓馬謖統領各軍在前，同張頜在街亭交戰。
馬謖違背諸葛亮的指揮調度，軍事行動混亂無章，放棄水源上山駐扎，不在山下據守城邑。張斷絕馬謖取水的道路，發動進攻並大敗馬謖，蜀軍潰散。諸葛亮前進沒有據點，就攻取西縣一千多人家回到漢中。把馬謖關進監獄，殺了他。諸葛亮親自吊喪，為他痛哭流涕，安撫他的子女，如同平素一樣恩待他們。蔣琬對諸葛亮說︰「古時候晉國同楚國交戰楚國殺了領兵的得臣，晉文公喜形于色。現在天下沒有平定，而殺了智謀之士，難道不惋惜嗎？」諸葛亮流著眼淚說︰「孫武能夠制敵而取勝于天下的原因，是用法嚴明；所以晉悼公的弟弟揚干犯法，魏絳就殺了為他駕車的人。現在天下分裂，交戰剛剛開始，如果又廢棄軍法，怎麼能夠討伐敵人呢？」
馬謖沒有失敗時，裨將軍巴西人王平一再規勸馬謖，馬謖不采納；等到失敗，部眾四散，只有王平率領的一千人擂響戰鼓，把守營地，張懷疑有伏兵不敢往前*近，于是王平緩緩地收擾各部散余的士兵，率領人馬返回。諸葛亮既殺了馬謖和將軍李盛，還奪了將軍黃襲等的兵權，王平的名聲地位就特別提高和顯示出來，又提拔他為參軍，統伶部兵馬和營屯之事，官位晉升到討寇將軍，封為亭侯。諸葛亮上書請求自己貶降三級，漢後主任命諸葛亮為右將軍，兼理丞相的職務。
這時趙雲、鄧芝的部隊也在箕谷戰敗，趙雲收斂部隊堅守，所以損失不大，但也因此被貶為鎮軍將軍。諸葛亮問鄧芝道︰「街亭失利，大軍敗退，兵將不再可收拾，箕谷戰敗部隊撤退，兵將依然齊整如初，是什麼原因呢？」鄧芝說︰「趙雲親自在部隊後面拒敵，軍需物資，一點都沒有拋棄，兵將沒有什麼緣由可以散亂。」趙雲有軍資和剩余的絹帛，諸葛亮讓用來分給將士，趙雲說︰「軍事上沒有勝利，為什麼要有賞賜，這些物資請全部存入赤岸庫，等到十月用作冬季犒勞品。」諸葛亮很贊同這個意見。（趙雲並非長勝將軍，這是他在正史中為數不多的出場機會。）
有人勸說諸葛亮再次發兵，諸葛亮說︰「大軍在祁山、箕谷的時候，都多于敵軍，但沒有打敗敵人，反而被敵人打敗，問題不在于兵少，而在于將領。現在我打算減少兵將，顯明責罰，反思過失，將來另想變通的辦法。如果不能這樣，即使兵多也沒有什麼用處！從今以後，凡是一心為國家分憂效忠的人，只要多多批評我的過錯，那麼大事就可以安定，敵人就可以打垮，大功就可蹺足而待了。」于是考察有功將士，連微小的功勞也不遺漏，對壯烈之士，一一加以甄別，引過自責，把自己的過失在境內公開宣布，練兵講武，準備將來進取。將士精簡干練，民眾忘記既往的兵敗了。（這邊正史上壓根沒空城計一說，司馬懿也不會分身在這出現）
諸葛亮出兵祁山的時候，天水參軍姜維向諸葛亮歸降。諸葛女乃贊賞姜維的膽識，任用他做倉曹掾，掌管軍事。
曹真討伐安定等三個郡，都已平定。曹真認為諸葛亮以祁山之敗為戒，以後一定從陳倉兵，于是讓將軍郝昭等駐守陳倉，修建城池。
夏季，四月，丁酉（初八），魏明帝返回洛陽。