第一次北伐已失败告终，此时东边的吴国在精心准备一场伏击战。当年秋天魏国大司马曹休率领十万军队被东吴鄱阳(郡治在今江西波阳东)太守周舫以诈降的办法诱骗到石亭(今安徽桐城西南)，遭吴国大都督陆逊三路伏击，魏军万余人被歼，吴军缴获的各种军用物资也堆积如山。曹休逃走回国后因此事羞愤难堪，得了背痈(背部化脓感染)而亡，关中的魏军东调防吴，这就又给了蜀汉北伐的良机。冬十二月，诸葛亮率数万军队出散关(今陕西宝鸡南)，围攻魏重镇陈仓(今陕西宝鸡东，是汉中通往关中的要道)。
根据《曹真传》的记载，在祁山击退蜀军后曹真料到蜀军下次进攻必选陈仓，于是命将军郝昭、王生率领千余人提前做好准备，所以这一次魏军是早有提防。这场战斗也进行的相当激烈，《明帝纪》中详细记载了这场战斗的过程：诸葛亮使郝昭同乡勒详劝降不成后架起云梯冲车，郝昭以火箭射云梯烧死蜀军、以绳索连接石磨砸向冲车将其破坏;诸葛亮以百尺井阑(一种登高用的攻城车)向城内射击，填平护城河攀城，郝昭就在城中再筑重墙让蜀军无法攀爬;诸葛亮又派军士挖地道，郝昭则在城内将地道横截挖断，双方相持了二十余日直到转年正月。曹真派魏将军费曜前去救援，魏明帝曹睿也遣张郃率领三万人增援。曹睿亲自为张郃饯行，问及张郃是不是等魏军援兵赶到时陈仓已经失守，张郃答道：“不用等我赶到诸葛亮就已经退兵了，估计蜀汉军队的粮食供应不会超过十天。”果然如张郃所说，诸葛亮的第二次北伐在张郃赶来之前就因粮尽撤兵。不过这次北伐也并非没有收获，在撤退时魏将军王双率领骑兵前来追击，被蜀汉军队击杀。
公元229年春，诸葛亮进行了第三次北伐，这一次出兵没有再深入魏国境内，而是把目光放在了紧邻汉中的魏阴平(郡治今甘肃文县西北)、武都(郡治在甘肃成县西北)二郡，命将军陈式前去攻取。这两个魏国边郡紧邻汉中，当年刘备曾派偏将吴兰、雷铜攻取，但未能拿下。此时魏国大将雍州刺史(治所在长安，雍州为魏国从凉州分置)郭淮打算反击陈式，诸葛亮率主力赶到建威(今甘肃西和县北)，郭淮撤退，两郡最终被陈式顺利攻下。后主刘禅鉴于诸葛亮在几个月内就率蜀汉军队斩将拔地，而街亭之失罪在马谡，下诏恢复了诸葛亮丞相官职。当年拿下两郡后，诸葛丞相没有再对魏国用兵，而是在汉中进行休整，并建造了汉城(今陕西勉县西南)和乐城(今陕西城固东，三条谷道之一的骆谷即在城固西北)用以巩固防务。这一年，老将军赵云病故。
一年多的时间里，蜀军三寇魏境，还在汉中造城，对魏国的威胁已经越来越大。大将军曹真认为蜀军不断犯边，应当立即出兵征讨，只要分兵数路同时进军，就可以取得大胜。曹真将伐蜀建议上奏魏明帝曹睿，曹睿批准。《曹真传》记载：公元230年八月，曹真由长安出发，走魏延建议奇袭的那条子午道，司马懿逆汉水西进，计划于汉中南郑(汉中郡治，今陕西汉中市)会师，其余的魏军有的出斜谷，有的出武威(郡治今甘肃武威，同时也是凉州州治)，多路同时进攻。蜀汉方面，诸葛丞相听闻魏军大举来犯，一方面在汉中集结军队，一方面让李严率二万士兵从江州(今重庆市)增援汉中，因为李严同为托孤大臣，作为补偿诸葛丞相向刘禅举荐了李严的儿子李丰担任江州都督督军，主持李严走后的政务。
当年刘备夺取汉中时杀了夏侯渊，夏侯渊之子夏侯霸一直打算为父报仇。此次他担任曹真先锋，率先攻到汉中兴势(今陕西洋县北)。夏侯霸的军营驻扎在山谷中，蜀地百姓看到了，得知领兵的是夏侯霸，于是引导蜀军进攻。夏侯霸身先士卒亲自在鹿角间搏杀，幸好魏军来援，蜀军撤退。不过，除了少量的先锋部队外，魏军主力没有一路到达。《曹真传》中记载：恰逢一连下了三十多天大雨，有的栈道被水冲断，魏明帝曹睿下诏令曹真等退军。此时蜀汉军队开始发动反击，诸葛丞相遣魏延、吴懿两人率军进入魏南安郡，深入了羌人的聚集地，在阳溪(今甘肃渭源北)将郭淮、费曜打得大败(《魏延传》载：延大破淮等)。
