公元219年，西蜀大將關羽北攻襄陽時，因兵力不足，多次求援於駐屯上庸（今湖北省竹山縣西南）的蜀將孟達，孟達按兵不動。關羽兵敗被殺後，孟達怕劉備治罪，遂於延康元年（220年）便率兵投降了曹魏。司馬懿看出其人言行不一，反複無常，曾多次勸諫魏文帝曹丕，對孟達不可重用。可惜，曹丕不聽，卻非常器重孟達，封他為散騎常侍、建武將軍、平陽亭候。魏文帝黃初元年（220年），魏國合並房陵、上庸、西城三郡為新城郡（相當於今湖北南漳、保康。房縣、竹山、竹溪和陝西安康等縣），又封他為新城太守。然而，孟達對此並不滿足，總在圖謀自成大業。太和元年（227年），曹丕病逝，與盂達關係密切的桓階和夏侯尚兩位大臣也相繼死去。新繼位的魏明帝曹睿派司馬懿領兵駐屯宛城（今河南南陽），以驃騎將軍之職主管荊州、豫州（今河南中部、北部）的軍事事務。於是，孟達疑惑起來，覺得司馬懿是在監視他。諸葛亮得知這一情況後，乘機寫信勸盂達起兵反魏，回歸蜀漢，孟達同意了。但是，諸葛亮對孟達是很不放心的，卻又深以其為患。為了彌補丟失荊州的重大損失，爭取從側翼牽製魏軍兵力，配合蜀軍北出祁山，取得上庸地區是非常必要的。因此，諸葛亮決定用計促成孟達迅速起兵反魏。為此派了一名叫郭模的人向駐屯於魏興（今陝西安康縣西北）的魏軍將領申儀詐降，故意將孟達要舉兵反魏的消息透露給他。申儀早與孟達不和，得此情報，十分高興，立即上報司馬懿。孟達聞訊十分不安，想立即起兵，又拿不定主意，便寄書成都，與諸葛亮商量。
司馬懿已經料定孟達必反無疑，得到申儀的報告後，判明了諸葛亮的意圖，決定消滅孟達。為了充分做好準備，他雙管齊下：一是設法破壞孟達與蜀漢的關係，挑撥離間，使其猶豫不決，延緩起事；二是調兵遣將，火速征討。司馬懿深恐孟達迅速起兵，便寫信給孟達說：“昔日將軍背棄了劉備，蜀漢上下無不切齒又痛恨於你。魏國對你一向十分信任，封高官，任要職，又委你圖蜀大事。所以，諸葛亮早就想除掉你；苦於無計可施。如果將軍真與蜀軍相通，諸葛亮怎麼會把這麼重要的消息泄露出來呢？顯而易見，郭模的降魏及其所送的情報都是不可信的，完全是諸葛亮的離間之計，目的是想借魏軍之手殺害將軍。因此，將軍不應當有任何疑慮。”蓋達根本識別不出這是司馬懿的緩兵之計，以為司馬懿真的對他沒有懷疑，覺得沒有必要迅速起兵了。
再說諸葛亮見孟達仍然舉棋不定，猶豫不決，情知不妙。又派人送信告訴孟達：不要輕信司馬懿的任何言語，必須馬上舉兵反魏，迅速加固城防，準備迎擊魏軍的進攻。否則就會功敗垂成，甚至丟掉腦袋。盂達這才最後下定了決心。同時，他又給諸葛亮回信道：
“皖城和洛陽遠距800裏，上庸又遠離宛城1200裏。
即使司馬懿知我起兵，也必須奏報魏明帝，待批複聖旨到達宛城後，才能出兵。其間最少需要一個來月。到那時，我的城防和布置均已完成。上庸偏僻，地勢險要，司馬懿是不會親自出馬的，別的將領來則不足為慮。”孟達的大意給司馬懿提供了奔襲的條件。
司馬懿給孟達去信以後，立即調兵遣將，準備討伐孟達。諸將領卻認為，孟達是否與蜀漢勾結，最好再觀察一下，不宜貿然出兵。司馬懿解釋道：“孟達是個反複無常、不講信義的人，他舉兵叛魏是必然的，隻是目前還舉棋不定。如不乘此良機迅速平定，就會後患無窮。”司馬懿當機立斷，先斬後奏，奔襲上庸。
太和二年（228年）正月，司馬懿親自率領一隻精兵從宛城出發，大軍偃旗息鼓，晝夜兼程，沿途嚴密封鎖消息，以每日150裏的急行軍速度，僅用8天時間，便兵逼上庸城下。東吳、西蜀急忙派兵，從兩路奔走，援助孟達。司馬懿亦分出兩支人馬，分別阻擊東西兩線的援軍，使其無法接近大兵圍困的上庸一帶。
這時，孟達的城防布置剛剛開始，隻好倉促組織抵抗。他寫信給諸葛亮說：“我公開反魏剛剛8天，司馬懿就已兵臨城下了，簡直太神速了！”上庸城，三麵環水，孟達在水軍設置了一道木製的柵欄。司馬懿遣軍渡水，一舉攻破木柵。直逼城前。接著又將全軍分成8隊，晝夜不停地輪番攻城。孟達軍心動搖。魏軍攻到第13天時，眼見城池就要攻破，孟達的外甥鄧賢、部將李輔等人打開城門投降。魏軍攻人城中，殺死了孟達，俘虜了一萬餘人，迅速結束了戰鬥，然後迅速撤離戰場，班師歸皖。
奔襲上庸是一個不大的戰役，作戰時間雖然不長，戰鬥過程也不複雜，但司馬懿的指揮卻是非常出色的。首先，他正確地分析了諸葛亮的意圖，掌握了孟達的為人和品行，因而正確地判斷了敵情及其發展趨勢，成功地施行了緩兵之計；其次，他以極大的魄力機斷行事，不顧個人風險，毅然決定打破先奏後斬的常規，做到了出敵意外；再次，他率軍出兵後，以日行150裏的速度，以八麵同時攻城的方式，一鼓作氣，不到半個月就結束了戰役，把諸葛亮蓄謀已久的重大計劃扼殺於搖籃之中，達到了速戰速決的目的。當然，孟達起初優柔寡斷，貽誤戰機，以後又盲目自信，麻痹輕敵，也給司馬懿造成了可乘之機。這一戰役，充分顯示了司馬懿傑出的軍事指揮謀算能力。
魏明帝太和五年（231年），誌在統一中原、複興漢室的諸葛亮率大軍北伐。蜀軍進抵天水，圍曹魏將軍賈嗣、魏平於祁山。魏軍的形勢非常危急。魏明帝急調荊州都督司馬懿西屯長安，都督雍、涼二州諸軍事，統轄車騎將軍張部、後將軍費曜、征蜀護軍戴淩、雍州刺史郭淮等部抵禦諸葛亮。