在《三国演义》的渲染下，似乎诸葛亮北伐一直是在和司马懿斗法，“空城计”、“上方谷”、“死诸葛吓走活仲达”等故事就发生在这期间。然而真实历史上，诸葛亮和司马懿只有两次直接交手。
诸葛亮一共五次北伐：
第一次公元228年，曹魏方面是曹真、张郃迎战，张郃击败马谡，马谡失街亭，第一次北伐结束；
第二次是公元228年12月，诸葛亮领兵数万出兵陈仓道，包围陈仓。虽然陈仓此时只有千余士兵，但郝昭已筑好防备，郝昭靠千余士兵挡住了诸葛亮20多天的围攻。粮草不济，魏国援军到来，诸葛亮退兵；
第三次公元229年春天，诸葛亮遣陈式（一说陈戒）进攻武都、阴平。曹魏大将郭淮领兵来救，诸葛亮率军驻扎建威，牵制郭淮。魏军知道汉军主力到临，便紧急撤退，汉军顺利占领二郡。
前三次北伐，曹魏方面的将领都不是司马懿，从第四次开始，由于曹真、曹休等人相继病逝。魏明帝曹叡才开始派司马懿抵挡诸葛亮的进攻：
诸葛、司马第一次交手（诸葛亮胜）231年春天，诸葛亮乘曹魏雍凉地区半年没有下雨，再次进行北伐，以木牛运粮，包围祁山堡，并在祁山堡东北修建卤城作为蜀军大营。诸葛亮又招揽鲜卑人轲比能，轲比能起兵到石城响应汉军。曹魏因大将曹真病重，曹睿改派司马懿为统帅屯于长安，领张郃、费曜、戴陵、郭淮等人抵抗。
司马懿先派费曜、戴陵与四千精兵前往上邽防守，自己则率其他兵力随后前进。张郃则认为该分兵驻守雍、郿，但司马懿认为若分军不及合军有利，便向西推进。诸葛亮知道后，留下王平继续领军攻打祁山堡，自己率主力北上上邽。到达上邽附近麦田后，没有等待收割一个月就成熟的麦粮，只对麦田进行了芟除破坏。
司马懿进军卤城，但却登山掘营，与汉军对峙，不与交战。张郃认为蜀军长途来攻，“孤军食少”，必然想要速战速决。所以应该以大军屯于此处，然后分为奇兵，包抄蜀军，截断其后路。但司马懿不采纳。魏军将领数次请战，司马懿都不准，诸将十分不满，便讥笑他：“公畏蜀如虎，奈天下笑何！ ”
对峙一段时间后，诸葛亮撤出对祁山的包围，将全部军队集中在卤城，司马懿派张郃打通了和祁山堡的联络，并命他攻卤城以南的的王平，由案中道进逼汉军。自己则率众进攻卤城以北的诸葛亮主力，力图以钳形攻势，击败诸葛亮。诸葛亮派大将魏延、高翔、吴班分三路领兵作战，大败魏军。斩获魏军的首级三千级，获得战利品玄铠五千、角弩三千一百张。
六月，诸葛亮眼见粮草接应不上，而又收到后主刘禅下令北伐军撤退的圣旨，诸葛亮只有引军退回。司马懿命令张郃追击汉军，张郃认为“围师必阙，归师勿遏”。眼见张郃不赞同追击未被打败而主动撤退的汉军，司马懿却强行坚持要张郃领兵追击，张郃无奈前往追击。最后于木门道，被埋伏于高处的汉军射中右膝，伤重病逝。
诸葛、司马第二次交手（打平）234年春天，诸葛亮经过三年劝农讲武的准备，再率数万大军出斜谷口，同时派使臣到东吴，希望孙权能同时攻魏。四月，汉军出斜谷到达郿县，在渭水南岸的五丈原扎下营寨。
司马懿认为“亮若勇者，当出武功依山而动。若西上五丈原，则诸军无事矣”，因此率领魏军背水筑营，想再次以持久战消耗蜀军粮食，令汉军自行撤退。诸葛亮考虑到前几次北伐都因为运粮不济，导致功败垂成，于是开始在渭滨的居民之间屯田。生产粮食，百姓亦相安无事，一切如常。而孙权也响应蜀汉，亲率十万大军北上攻魏，但被魏明帝曹睿亲自率军打败。
魏、汉两军相峙了百多日，其间诸葛亮多次派人挑战，司马懿军始终坚守不出。其后，诸葛亮故意让人带一套女人的衣服、头巾送给司马懿，表示司马懿就像女人一样，想要利用激将法，激怒司马懿出军，来进攻自己布置好的阵势，司马懿坚决不肯出击。
八月，诸葛亮因积劳成疾病情日益恶化，不久病逝五丈原。杨仪、姜维按照诸葛亮临终的部署，秘不发丧，整顿军马从容撤退。司马懿认为诸葛亮已经殒没，率军追击，姜维击鼓整军，做出击状，司马懿不敢进攻，于是蜀军从容退去，进入斜谷后，才讣告发丧，而此事后来也被百姓为之谚曰：“死诸葛走生仲达” 。
司马懿听闻蜀军在斜谷发丧后，自嘲道：“吾便料生，不便料死故也。”其后，司马懿虽然不认同诸葛亮的军事才能，说他“志大而不见机，多谋而少决，好兵而无权”，但视察蜀军遗留的营寨之后，叹服诸葛亮治戎布阵之才，曰：“亮真天下奇才也！”
诸葛亮与司马懿两次交手，第一次交手司马懿临危受命，准备不足，有魏军被大破的记录，而且一代名将张郃被射死，所以应该算诸葛亮更胜一筹；第二次交手，司马懿坚守不战，最终拖到了诸葛亮病逝五丈原，双方打平。
参考资料：《三国志》裴松之注、吕思勉《三国史话》
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