司馬懿將魏國諸州的精銳集中於長安，總共有四十四萬之眾，隨後如前次一樣，在渭水前布下了戰陣。
祁山的蜀軍與魏軍至今對壘多次，雙方均愈益重視戰術研究，各自的裝備與兵力也不斷增強，與最初兩次交手時相比，雖然並未經過多少年月，但雙方的實力都有了長足的進步。
魏軍此番使用的戰術與前幾次不同，司馬懿首先命令五萬工兵砍伐竹木，在渭水上遊架設了九座浮橋，讓夏侯霸、夏侯威兩支人馬渡過渭水，在渭水對岸構築陣地。如此積極的進攻態勢，魏軍以往從未采取過。
在中軍背後東部的曠野上，司馬懿還頗有用意地建起一座城池，以此作為永久性基地。
此次蜀軍的備戰，也更為體現了孔明進行持久戰的堅定決心。他在祁山建造的五處陣營，與以往相比，規模並無甚不同，但在斜穀至劍閣途中，他又修建了十四處營寨，每處均派強兵駐守，構成了與蜀中呼應、確保運輸聯絡的係統。這一舉措不啻是在無言地宣示孔明的決心：不滅魏國，誓不收兵。
這一天，一處陣營送來敵軍異動的情報：“魏軍大將郭淮、孫禮統領隴西兵馬進抵北原，目的不明。”
孔明得此消息，即召諸將說道：“司馬懿派兵於北原安營，是怕我像前次那樣斷其隴西之路，才急忙早做準備。我們不如就此擺出進攻北原的態勢，司馬懿怕失隴西，必派主力精銳前去救援，那時我軍便可攻其不備，乘虛直搗渭水側畔的魏軍大本營。”
北原在渭水上遊。孔明的計策是將百餘隻木筏堆滿幹柴，挑選五千熟習水性的士兵隨木筏去襲擊北原，待魏軍主力出動前去增援後，立即點燃木筏上的幹柴，使其順流而下，一舉燒毀敵人的浮橋，乘勢消滅已渡過渭水的夏侯霸、夏侯威兩支人馬，並立即派大軍登上渭水南岸，奪取魏軍大本營。
孔明的妙計若想引得魏軍上鉤，卻須騙得過司馬懿才行。
司馬懿最終還是看破了孔明的計策。
“孔明現將許多木筏漂浮在上遊，擺出一副要攻北原的架勢，實則肯定是打算尋隙放木筏順流而下，點燃滿載其上的幹柴與油脂，將我們的幾座浮橋燒毀。”
他對夏侯霸、夏侯威授予應對機宜，又對郭淮、孫禮、樂□、張虎諸將分別下達了密令。
過不多時，蜀軍開始進攻北原，拉開了兩軍交戰的序幕。吳懿、吳班則按照既定計劃，率領熟習水性的五千蜀兵，將柴草堆滿百餘隻木筏，在渭水上待命。
夜幕降臨了。北原的魏軍守將孫禮出陣迎戰，未經幾個回合，便敗下陣去。領兵來攻的魏延、馬岱見其敗得蹊蹺，心中生疑，不敢貿然追擊。正猶豫間，四下鼓鳴喊聲大震，魏國軍旗也忽然從隱蔽處閃現出來。
“司馬懿恭候已久！”
“郭淮在此！”
隻見左右殺出的兩支人馬，合成半圓形的戰陣，將蜀軍逼迫到河邊。
魏延與馬岱雖率軍殊死奮戰，無奈身處毫無勝算的地勢，轉眼之間，手下大半蜀兵或落水淹死或被誅殺，魏延與馬岱九死一生，總算突出了包圍。
卻說吳懿、吳班此時早已忍耐不住，率領手下乘著木筏開始順流而下。但木筏尚未飄到魏軍搭建的浮橋，便被張虎、樂□在河中拉起的繩索攔住，緊接著，雨點般的箭矢便向木筏射來。
這支蜀軍並未配備任何弓箭，隻得設法將木筏靠岸，以圖上岸去與魏軍廝殺，但幾次靠近岸邊，均被魏軍的箭雨射得退回河中。蜀將吳班身中一箭，落水而亡，火攻之計徹底失敗，蜀軍傷亡慘重，大敗而歸。
木筏火攻的失敗，自然無法不累及王平、張嶷率領的兩支攻堅兵馬。
王平、張嶷奉孔明之命，一直在屏氣凝神地觀察渭水對岸的敵營動靜，隻等看到燒浮橋的火光，便要立即攻進司馬懿的中軍大本營。豈知一直等到夜深，也不曾看到上遊一線火光。
“奇怪！為何還不見火光？”張嶷等得不耐其煩，躍躍欲試地說道，“對岸敵營看來並無多少人馬，不如現在就衝將過去。”
王平卻不讚成貿然采取行動，堅持要等上遊火起，“不管敵營防備如何薄弱，也絕不能隻憑此地的狀況，就擅自改變原定戰鬥計劃。”
正爭論間，一名傳令兵飛馬疾馳而來，一見二將，急忙大聲喊道：“王、張二位將軍，丞相令你們火速退兵。北原方麵已經戰敗，燒浮橋的人馬也遭到強烈阻擊，我軍已全麵撤退。”