青龍五年，魏國範圍的遼東太守公孫淵反叛魏朝廷，自立為燕王。次年，魏明帝召司馬懿，令他率兵遠征遼東鏟滅公孫淵。
司馬懿領命點兵四萬即刻出發，明帝親自送出西明門，又命郡守、典農等地方官吏前往拜見。司馬懿發兵北進，經孤竹、越碣石，直指遼水。
司馬懿到達遼東之後，命多樹旗幟於遼河南岸，虛張聲勢，造成準備渡河的假象，把對方主力吸引過來。
而在暗中卻將主力泛舟潛渡，逼近敵營，對敵形成包圍之勢。眾將穿行而過，直逼襄平。敵將卑衍見魏軍突然出現在其後方，果然沉不住氣了，主動向魏軍進攻。司馬懿抓住戰機，縱兵激戰，三戰三捷，大破遼軍。
遼軍退守襄平，魏軍乘勢進逼，包圍列之巢穴襄平。魏軍攻入襄平，屠滅當地十五歲以上男丁，隨後乘勝平定了遼東、帶方、樂浪、玄菟四郡。是年底，遼東平定，司馬懿班師回朝。
經濟上，司馬懿在上邽興屯田，京兆、水、安南興冶鐵，穿成國渠，築臨晉坡使雍涼足足食，並有餘力供給關中不足，後來又大興屯田於淮北，穿廣槽渠。
司馬懿在推廣屯田，特別是軍屯事業上有很大的建樹。約在建安二十三、四年，司馬懿由轉為丞相軍司馬後，向曹操建議：“昔箕子陳謀，以食為首。
今下不耕者蓋二十餘萬，非經國遠籌也。雖戎甲未卷，自宜且耕且守。”曹操行之。魏國一時“務農積穀，國用豐贍。”曹魏和吳、蜀對立地帶的兩大軍屯基地的開創，都和司馬懿有關。
曹魏和蜀漢的鄰近地區，如長安、槐裏、陳倉、上邽等地，都設置有民屯和軍屯組織。其中，上邦的軍屯最著名。這個軍屯基地是在太和四年由司馬懿上表倡議建立的，《晉書·食貨誌》稱：
“宣帝表徙冀州農夫五千辱上邽，興京兆、水、南安鹽池，以益軍實。”主持具體事夷是那時的度支尚書、司馬懿的三弟司馬孚。
太和五年，諸葛亮進攻水。這時上邽軍屯上的麥已經生長出來，有人主張“自芟上邽生麥以奪賊食”，魏明帝不從，“前後遣兵增宣王軍，又敕使護麥”。司馬懿與諸葛亮相持，多虧以上邽軍屯的麥作軍糧，才取得勝利。
直至正元二年，安西將軍鄧艾又在上邽“為區種之法，手執耒耜，率先將士”，進行屯墾，都明上邽軍屯的重要。司馬懿在太和五年屯長安，都督雍、涼二州諸軍事，開始主持對蜀的戰爭。為了增強實力，很重視對關中屯田基地的建設。
青龍元年，司馬懿組織興修水利，“開成國渠，自陳倉至槐裏築臨晉陂，引汧洛溉舄鹵之地三千餘頃，”收到了“國以充實”的效果。
青龍三年，關東饑饉，司馬懿調運五百萬斛粟輸京師洛陽，以資救濟。可見他在關中儲積有大量糧食。
曹魏和東吳鄰近地帶的屯田，主要是在淮河南北。曹操時曾“開募屯田於淮南”。但僅是民屯。正始二年，司馬懿主持對吳作戰時，始與鄧艾籌劃在淮南淮北創建軍屯。