诸葛亮夺了渭南魏寨，便在五丈原屯兵。司马懿只守不出，静待蜀军生变。
诸葛亮见司马懿不出战，修书一封，又用大盒子装了一套妇人衣服，派人送给司马懿。司马懿见信中笑他像妇人一样胆怯，心中大怒；却装出笑容，受了衣服，重待来使。问了诸葛亮日常饮食等事，司马懿道：“诸葛亮食少事烦，怎能持久？”
使者回见诸葛亮，如实禀告。诸葛亮叹道：“司马懿深知我也！”主簿杨顒道：“丞相亲理小事，岂能不劳苦？司马懿言之有理呀！”诸葛亮垂泪道：“我并非不知。但我受先帝托孤之重，只怕他人不似我尽心啊！”众人听了，也都落泪。从此诸葛亮自觉神思不宁，诸将因此未敢进兵。
魏军众将见司马懿受了如此羞辱却不出战，都十分不平。司马懿道：“不是我不敢出战，甘心受辱，实在是因为有天子诏令，命我坚守不出。我不能违抗君令啊！”众将还要请战，司马懿道：“待我奏准天子，合力杀敌，如何？”众将方才气平。曹叡收到司马懿奏章，大惑不解。左右道：“司马懿本无心出战，只想求天子诏书，以安众将之心。”曹叡于是命人到渭北，传令不许出战。
诸葛亮得知，对姜维等人道：“这是司马懿安三军之法。如今又传播曹叡诏书，是想令我军心松懈。”正谈论间，费祎从成都来，通报吴、魏战情——满一宠一设计烧了吴军粮草战具，吴军大败，无功而返。诸葛亮听了，长叹一声，昏倒在地，半晌才醒。
当夜，诸葛亮吐血数口，自知不久将死，便唤姜维入帐，授予兵书。又唤马岱入内，附耳低言，授以密计，嘱道：“我死之后，你可依计行一事。”诸葛亮又传杨仪等人入帐。调度完毕，便昏然倒地，良久方才苏醒。
诸葛亮于是连夜表奏后主。后主大惊，急命尚书李福星夜赶到军中问安，兼询后事。诸葛亮流泪道：“我不幸中途身亡，荒废国家大事。我死后，公等应尽忠辅主。国家旧制，不可改易；我所用之人，也不可轻废。我将兵法都已传于姜维，他自能继我遗志，为国家出力。我命已在旦夕，不久将有遗表上奏天子。”李福领了言语，匆匆告辞。
诸葛亮强支病体，令左右扶上小车，出寨遍观各营；自觉秋风吹面，彻骨生寒。诸葛亮长叹道：“再不能临阵讨贼矣！”叹息良久，回到帐中，病转沉重。于是写了遗表，又唤杨仪嘱咐退兵事宜。杨仪一一允诺。
不久，李福又从成都来，问谁可继任丞相。诸葛亮道：“我死之后，蒋公琰可继大事。”
李福又问：“公琰之后，谁人可继？”诸葛亮道：“费文伟可继。”李福又问：“费文伟之后，谁可继任？”诸葛亮不答，众将近前一看，诸葛亮已经气绝。此时是建兴十二年八月，诸葛亮五十四岁。
姜维、杨仪遵诸葛亮遗命，不敢举哀。于是令魏延断后，各处营寨一一退去。魏延见诸葛亮让杨仪代理大事，心中大怒，对费祎道：“丞相先前如依我计，早就取了长安。如今我官任前将军、征西大将军，怎能为一个小小的长史断后！”费祎道：“将军所言极是，但不可轻举妄动，让敌人耻笑。待我去见杨仪，让他将兵权让给将军。”魏延依言。
费祎见了杨仪，说了魏延之语。杨仪便令姜维断后，自己领兵缓缓而退。
魏延不见费祎前来回复，心中疑惑，便命马岱前去探听消息。马岱回报说大军已退，姜维断后。魏延大怒，要起兵去杀杨仪。马岱愿同行相助。魏延大喜，便领本部兵马往南而行。
司马懿探得蜀军退兵，料想诸葛亮已死，便引军来追。只听一声炮响，蜀军回旗返鼓，列下阵势。中军大旗，上书一行大字：“大汉丞相诸葛亮武侯”。司马懿大惊失色，再定睛看去，只见数十员上将拥出一辆四轮车来，车上端坐诸葛亮。司马懿大惊道：“诸葛亮还在，我轻入重地，中他计了！”急忙勒马往回跑。背后姜维大叫：“司马懿休走！你中我丞相计了！”魏兵魂飞魄散，丢盔弃甲，各自逃命。司马懿逃了五十余里，见蜀兵已远，神色方才稍定。
过了几日，司马懿才知诸葛亮已死多时，车上所坐诸葛亮是个木人。司马懿长叹一声，对众将道：“诸葛亮已死，我等都可高枕无忧了！”于是班师回长安。一路上见诸葛亮安营下寨之处，前后左右，井井有条，司马懿叹道：“真是天下奇才啊！”
杨仪退到剑阁道口，才敢举哀。忽然前面喊声震天，一彪军马拦住。杨仪派人一探，却是魏延。杨仪大惊。费祎道：“定是魏延先奏天子，诬告我等造反，因此烧断栈道，阻绝归路。我等也应奏明天子，述说魏延反情。”于是姜维领众人从槎山小径进发，一面表奏天子。
魏延把住隘口，自以为得计，不想杨仪、姜维星夜引兵抄到南谷之后，令何平先去搦战。魏延大怒，提刀上马，引兵来迎。两军对阵，何平喝道：“丞相一一尸一一骨未寒，你等怎敢谋反！”魏延手下军士顿时走了大半。魏延大怒，拨马来战。何平诈败而走。魏延军士纷纷溃散，只有马岱所领三百人不动。魏延要马岱与他一同投魏，马岱道：“大丈夫为何不自图霸业，而轻易屈膝于人？我看将军智勇双全，两川之士，谁能抵敌？”魏延大喜，便与马岱引军直取南郑。姜维出阵道：“丞相不曾亏待于你，为何造反？”魏延道：“不干你事，只叫杨仪来。”杨仪在阵前拆开诸葛亮生前所付锦囊，出阵道：“丞相早知你日后必反，叫我防备。今天果然如此！你敢在马上大叫三声‘谁敢杀我’，便是真丈夫，我就献城池给你。”魏延大笑道：“诸葛亮在时，我还怕他三分；他如今亡故，天下谁敢敌我？休说叫三声，便是叫一万声，又有何难！”于是大叫道：“谁敢杀我！”一声未毕，脑后一人厉声应道：“我敢杀你！”手起刀落，斩魏延于马下。原来，诸葛亮临终之时，授马岱密计，只待魏延喊叫之时，便出其不意斩之。今日果然斩了魏延。
于是杨仪扶诸葛亮灵柩回到成都，后主及文武官员尽皆带孝，出城二十里迎接。蜀中老小，无不痛哭，哀声震地。后主依诸葛亮遗愿，将其葬于定军山。