後主對諸葛亮言聽計從，當然準許北伐。諸葛亮領兵數萬，圍攻陳倉。魏國大將軍曹真派將軍郝昭把守陳倉城。郝昭，字伯道，太原人，智勇雙全。郝昭到達陳倉後，整修城池，準備守具。諸葛亮領兵攻城時，陳倉已經很堅固了。諸葛亮攻不下陳倉，就派與郝昭同鄉的靳詳到城下招降郝昭。郝昭在城樓上應聲道：“我已是魏國大臣，誓死不降。你回去稟報諸葛亮，能攻就攻，不能攻就退回吧。”靳詳知道勸不動，回營稟報諸葛亮。諸葛亮又派靳詳到城下，陳述利害關係，郝昭說：“我已經說過了，決不投降。雖然我與你相識，但利箭卻不認識你。”說完，就拉開弓箭，要射靳詳。靳詳慌忙退回。諸葛亮十分惱怒，率兵猛攻。城上的巨石像雨點一樣落下來，諸葛亮特地製造數十具雲梯，從四麵攀登，郝昭用火把雲梯燒斷。諸葛亮又用火衝車攻城，郝昭下令，用繩綁住石頭，奮力扔下，火衝車都被毀壞。過了十幾天，陳倉仍沒有攻破。曹真派將軍費耀支援郝昭，曹叡也讓張郃趕去營救陳倉。諸葛亮正愁軍糧不夠，聽說魏兵大舉到來，隻好撤圍回去，並囑咐魏延一番，讓他斷後。
魏延正慢慢退回，忽然後麵塵土飛揚，喊聲震天，他料知是魏兵追來，就令部下舉旗先走，自己率領幾十個騎兵埋伏在樹林中，靜候魏兵。魏軍的將領是王雙，望見前麵蜀軍的旗幟，揮兵急追。魏延等王雙騎馬跑過來，就拿著刀突然衝出，不等王雙回頭，便從背後將他砍死。魏兵見主將已死，驚慌逃散。魏延追殺一陣，然後返回漢中，向諸葛亮複命。蜀兵休養了一個多月，轉眼冬盡春來，諸葛亮派部將陳式攻打武都、陰平二郡。魏國的雍州刺史郭淮領兵支援，與陳式相持數日。諸葛亮派兵幫助陳式，擊退郭淮，攻下武都、陰平，自己返回漢中。後主劉禪又封諸葛亮為丞相，諸葛亮不肯接受，費禕再三規勸，諸葛亮才領命。
不久，孫權稱帝，派人出使蜀國，打算與蜀國平分中原。蜀國大臣議論紛紛，大多主張與吳國絕交，諸葛亮仍打算與吳國和好，入都進見後主。後主正因吳國的事情猶豫不決，見諸葛亮到來，急忙向他求教。諸葛亮將與吳國絕交的壞處說了一通，後主連連點頭，派衛尉陳震前去吳國道賀。孫權以禮相待，雙方約定打敗魏國以後，豫、青、徐、幽四州歸吳國，兗、冀、並、涼四州歸蜀國，隻是司州以函穀關為界。
當時三國鼎立，魏國最大，有十三個州，除上文所說的九州外，還有荊、揚、秦、涼四州，但這四州魏國都沒有占全。吳國隻有荊、揚、交、廣、郢五州，其中荊、揚二州與魏國共同占據。蜀國最小，僅有遂州，後來把它分出一個梁州，又占有涼、交二州的一部分，算是四州。漢武帝時，曾把整個中國分為十三郡，郢、廣二州並不在其中，它們是由吳國設置的。孫權早就想稱帝，隻因畏懼魏國，遲遲沒有行動。後來見魏兵接連戰敗，才放膽稱尊。吳國的大臣趁機奉承，說有黃龍在武昌出現。孫權於是改黃武八年為黃龍元年，尊父親孫堅為武烈皇帝，兄長孫策為長沙桓王，立兒子孫登為太子，提升陸遜為上大將軍，諸葛恪為太子左輔，張休為太子右弼。張休是張昭的小兒子。張昭年紀老邁，入朝向孫權道賀，褒揚他的功德。孫權笑著說：“假如當初聽從你的話，我早已成了魏國的大臣，恐怕就沒有今天了。”張昭滿臉慚愧，謝罪退出，然後上疏乞求休假。孫權封他為婁侯，食邑一萬戶。張昭回家之後，不再出仕為官。又過了八年然後去世，享年八十一歲。孫權回都建功立業，隻留上大將軍陸遜輔佐太子孫登，駐守武昌。這個消息傳入蜀都，諸葛亮因孫權回到江東，更加放心，又想向北討伐魏國。部署了好個幾月，已是建興八年的夏季，這時有警報傳來，魏國大將曹真、司馬懿前來奪取漢中。