司馬懿不去追馬謖，卻領兵到祁山攻打諸葛亮的大營。諸葛亮接到王平的報告，已知馬謖誤事，急忙退回西城，並傳令天水各郡的守兵全部趕到漢中，又讓趙雲、鄧芝收兵退回陽平關。司馬懿領兵十多萬，蜂擁而至，城中留下的士兵不多，想退往陽平關，已經來不及了。蜀軍將士大驚失色，諸葛亮卻談笑風生，隻說不用擔心。待司馬懿快到的時候，諸葛亮傳令偃旗息鼓，把四個城門都打開，每個城門都令士兵灑水、掃地，自己則帶了兩名小童，在城樓上焚香彈琴。司馬懿一馬當先，前來攻打西城，遙見諸葛亮如此布置，心中狐疑，徘徊了很久，最後領兵退去。部將問起原因，司馬懿說：“我聽說諸葛亮不進子午穀，為人極其謹慎。如今城門大開，他豈會這麼疏忽，明明是引誘我入城，所以我們要趕快退下，不要被他算計。”說完立即離去。
諸葛亮見司馬懿退去，不禁鼓掌大笑。有人問諸葛亮：“司馬懿擅長領兵打仗，為何來了又走呢？”諸葛亮笑道：“司馬懿知道我謹慎，不肯輕易冒險。如今他見我這樣，必定懷疑我有伏兵，所以退去。我料他不會走大路，一定沿著北山逃去。今天我們還要送他一程，截下一些軍用物資，也不辜負他來此一趟。”說完，就派吳懿等人趕到北山，隻準在山穀中呐喊，不準廝殺，然後把奪取的軍用物資運回陽平關。吳懿奉命前去，諸葛亮率兵出了西城，趕回陽平關。司馬懿果然從北山逃跑，突然聽到後麵喊聲大起，以為是蜀兵前來追趕，慌忙將軍用物資拋棄，拚命逃跑。吳懿等依從軍令，沒有追擊，隻將物資運回陽平關。
諸葛亮已經退到陽平關內，魏延、馬謖等人出來迎接。馬謖下跪請罪，諸葛亮生氣地說：“你驕傲大意，導致全軍覆滅。如果不以軍法處治你，怎麼能令眾人信服？”馬謖哭著說：“我與丞相情同父子，今天自知誤事，罪該萬死。”諸葛亮也流下了眼淚：“你如果聽從王平的建議，又怎會戰敗呢？事已至此，我也不能顧及私情了，你的家人我自會撫恤，你的兒子就是我的兒子，你不必掛念。”說完，就令左右將馬謖推出去斬首示眾。然後把他埋葬，並親自致哀。此後每月都派人給馬謖家送去錢財和食物。諸葛亮歎息說：“先帝曾說馬謖言過其實，不能重用，如今果然應驗。馬謖有罪，我也難辭其咎。”於是準備上疏彈劾自己。碰巧趙雲、鄧芝從箕穀退回，趙雲說自己無功，也應受到懲罰。諸葛亮向鄧芝詢問情況，鄧芝說曹真率兵追擊，幸虧趙雲親自斷後，全軍才得以安全返回。諸葛亮感歎道：“街亭的士兵戰敗退回，首尾不能相顧，以致損失慘重；箕穀軍退回，將士都沒有損失。可見用兵在人，而不在人數多少啊。”趙雲還帶回一些軍用物資，諸葛亮讓他這把些東西賞賜給將士。趙雲說：“將士沒有立功，為何要受到賞賜呢？應暫時把財物貯藏庫中。”諸葛亮點頭說好，隨後上疏請求將自己貶謫，趙雲也上疏請求處懲自己。
後主看到奏章後，詢問蔣琬、費禕。蔣琬等說應聽從諸葛亮的話，暫時將他們降職。後主於是把諸葛亮貶為右將軍，行丞相事，把趙雲降為鎮軍將軍，讓蔣琬帶著詔書到營中。諸葛亮接到詔書後，留蔣琬一同飲酒。蔣琬對諸葛亮說：“如今天下大亂，你卻殺死馬謖，豈不可惜？”諸葛亮哭著說：“孫武之所以能出奇製勝，全靠軍法嚴明。如今四海分裂，士兵正在交戰，如果不按律處治，怎麼能治理好軍隊呢？”蔣琬勸諸葛亮回成都，諸葛亮搖頭說：“奉詔討伐逆賊，怎能半途而廢？”蔣琬又說道：“想要再次伐魏，必須增添兵馬。”諸葛亮悵然道：“街亭一戰，並非因為兵少才敗，實在是因為我誤用馬謖。如今應當慎重選用將領，以免重蹈覆轍，希望你在朝中妥善處理政事，這樣才能征服天下。”蔣琬點頭稱是。不久，蔣琬告辭離去。
吳國鄱陽太守周魴，用詐降計引誘魏國攻打皖城。魏國揚州牧守曹休誤信周魴，立即發兵，曹叡又讓司馬懿到江陵，建威將軍賈逵到東關，三路兵馬同時出發。吳國任用陸遜為都督，朱桓、全琮為副將，領兵攻打曹休。曹休自恃人多，領兵深入。吳兵在石亭將曹休打敗，曹休逃回夾石。吳兵在後麵緊追不舍，曹休險些不能脫身，多虧賈逵趕來支援，才幸免於難，但所有的物資全部丟失。司馬懿半路折回，曹休又慚愧又氣憤，不久得病去世。魏將滿寵接替曹休的職務，此人老成謹慎，駕馭有方，沒過多久便練成了一支強軍。諸葛亮聽說吳國打敗魏國，又想乘機北伐。正要調動兵馬，不料鎮軍將軍趙雲因病去世。諸葛亮大為悲痛，後主劉禪也很悲傷，追諡趙雲為順平侯，令趙雲的長子趙統襲封。群臣都說剛剛失去一員大將，不宜出兵。諸葛亮卻堅持北伐，不肯聽從。