四年，迁大将军，加大都督、假黄钺，与曹真伐蜀。帝自西城斫山开道，水陆并进，溯沔而上，至于朐?，拔其新丰县。军次丹口，遇雨，班师。明年，诸葛亮寇天水，围将军贾嗣、魏平于祁山。天子曰：“西方有事，非君莫可付者。”乃使帝西屯长安，都督雍、梁二州诸军事，统车骑将军张郃、后将军费曜、征蜀护军戴凌、雍州刺史郭淮等讨亮。张郃劝帝分军往雍、郿为后镇，帝曰：“料前军独能当之者，将军言是也。若不能当，而分为前后，此楚之三军所以为黥布禽也。”遂进军隃麋。亮闻大军且至，乃自帅众将芟上邽之麦。诸将皆惧，帝曰：“亮虑多决少，必安营自固，然后芟麦。吾得二日兼行足矣。”于是卷甲晨夜赴之。亮望尘而遁。帝曰：“吾倍道疲劳，此晓兵者之所贪也。亮不敢据渭水，此易与耳。”进次汉阳，与亮相遇，帝列阵以待之。使将牛金轻骑饵之，兵才接而亮退，追至祁山。亮屯卤城，据南北二山，断水为重围。帝攻拔其围，亮宵遁。追击，破之，俘斩万计。天子使使者劳军，增封邑。时军师杜袭、督军薛悌皆言，明年麦熟，亮必为寇，陇右无谷，宜及冬豫运。帝曰：“亮再出祁山，一攻陈仓，挫衄而反。纵其后出，不复攻城，当求野战，必在陇东，不在西也。亮每以粮少为恨，归必积谷，以吾料之，非三稔不能动矣。”于是表徙冀州农夫佃上邽，兴京兆、天水、南安监冶。
青龙元年，穿成国渠，筑临晋陂，溉田数千顷，国以充实。
二年，亮又率众十余万出斜谷，垒于郿之渭水南原。天子忧之，遣征蜀护军秦朗督步骑二万，受帝节度。诸将欲住渭北以待之，帝曰：“百姓积聚皆在渭南，此必争之地也。”遂引军而济，背水为垒。因谓诸将曰：“亮若勇者，当出武功依山而东，若西上五丈原，则诸军无事矣。”亮果上原，将北渡渭，帝遣将军周当屯阳遂以饵之。数日，亮不动。帝曰：“亮欲争原而不向阳遂，此意可知也。”遣将军胡遵、雍州刺史郭淮共备阳遂，与亮会于积石，临原而战，亮不得进，还于五丈原。会有长星坠亮之垒，帝知其必败，遣奇兵掎亮之后，斩五百余级，获生口千余，降者六百余人。时朝廷以亮侨军远寇，利在急战，每命帝持重，以候其变。亮数挑战，帝不出，因遗帝巾帼妇人之饰。帝怒，表请决战，天子不许，乃遣骨鲠臣卫尉辛毗杖节为军师以制之。后亮复来挑战，帝将出兵以应之，毗杖节立军门，帝乃止。初，蜀将姜维闻毗来，谓亮曰：“辛毗杖节而至，贼不复出矣。”亮曰：“彼本无战心，所以固请者，以示武于其众耳。将在军，君命有所不受，苟能制吾，岂千里而请战邪！”帝弟孚书问军事，帝复书曰：“亮志大而不见机，多谋而少决，好兵而无权，虽提卒十万，已堕吾画中，破之必矣。”与之对垒百余日，会亮病卒，诸将烧营遁走，百姓奔告，帝出兵追之。亮长史杨仪反旗鸣鼓，若将距帝者。帝以穷寇不之逼，于是杨仪结阵而去。经日，乃行其营垒，观其遗事，获其图书、粮谷甚众。帝审其必死，曰：“天下奇才也。”辛毗以为尚未可知。帝曰：“军家所重，军书密计、兵马粮谷，今皆弃之，岂有人捐其五藏而可以生乎？宜急追之。”关中多蒺藜，帝使军士二千人着软材平底木屐前行，蒺藜悉着屐，然后马步俱进。追到赤岸，乃知亮死。审问，时百姓为之谚曰：“死诸葛走生仲达。”帝闻而笑曰：“吾便料生，不便料死故也。”先是，亮使至，帝问曰：“诸葛公起居何如，食可几米？”对曰：“三四升。”次问政事，曰：“二十罚已上皆自省览。”帝既而告人曰：“诸葛孔明其能久乎！”竟如其言。亮部将杨仪、魏延争权，仪斩延，并其众。帝欲乘隙而进，有诏不许。
三年，迁太尉，累增封邑。蜀将马岱入寇，帝遣将军牛金击走之，斩千余级。武都氐王苻双、强端帅其属六千余人来降。关东饥，帝运长安粟五百万斛于京师。
四年，获白鹿，献之。天子曰：“昔周公旦辅成王，有素雉之贡。今君受陕西之任，有白鹿之献，岂非忠诚协符，千载同契，俾乂邦家，以永厥休邪！”及辽东太守公孙文懿反，征帝诣京师。天子曰：“此不足以劳君，事欲必克，故以相烦耳。君度其行何计？”对曰：“弃城预走，上计也。据辽水以距大军，次计也。坐守襄平，此成擒耳。”天子曰：“其计将安出？”对曰：“惟明者能深度彼己，豫有所弃，此非其所及也。今悬军远征，将谓不能持久，必先距辽水而后守，此中下计也。”天子曰：“往还几时？”对曰：“往百日，还百日，攻百日，以六十日为休息，一年足矣。”是时大修宫室，加之以军旅，百姓饥弊。帝将即戎，乃谏曰：“昔周公营洛邑，萧何造未央，今宫室未备，臣之责也。然自河以北，百姓困穷，外内有役，势不并兴，宜假绝内务，以救时急。”
景初二年，帅牛金、胡遵等步骑四万发自京都。车驾送出西明门。诏弟孚、子师送过温，赐以谷帛牛酒，敕郡守典农以下皆往会焉。见父老故旧，宴饮累日。帝叹息，怅然有感，为歌曰：“天地开辟，日月重光。遭遇际会，毕力遐方。将扫群秽，还过故乡。肃清万里，总齐八荒。告成归老，待罪舞阳。”遂进师，经孤竹，越碣石，次于辽水。文懿果遣步骑数万，阻辽隧，坚壁而守，南北六七十里，以距帝。帝盛兵多张旗帜，出其南，贼尽锐赴之。乃泛舟潜济以出其北，与贼营相逼，沈舟焚梁，傍辽水作长围，弃贼而向襄平。诸将言曰：“不攻贼而作围，非所以示众也。”帝曰：“贼坚营高垒，欲以老吾兵也。攻之，正入其计，此王邑所以耻过昆阳也。古人曰，敌虽高垒，不得不与我战者，攻其所必救也。贼大众在此，则巢窟虚矣。我直指襄平，则人怀内惧，惧而求战，破之必矣。”遂整阵而过。贼见兵出其后，果邀之。帝谓诸将曰：“所以不攻其营，正欲致此，不可失也。”乃纵兵逆击，大破之，三战皆捷。贼保襄平，进军围之。初，文懿闻魏师之出也，请救于孙权。权亦出兵遥为之声援，遗文懿书曰：“司马公善用兵，变化若神，所向无前，深为弟忧之。”会霖潦，大水，平地数尺，三军恐，欲移营。帝令军中敢有言徙者斩。都督令史张静犯令，斩之，军中乃定。贼恃水，樵牧自若。诸将欲取之，皆不听。司马陈圭曰：“昔攻上庸，八部并进，昼夜不息，故能一旬之半，拔坚城，斩孟达。今者远来而更安缓，愚窃惑焉。”帝曰：“孟达众少而食支一年，吾将士四倍于达而粮不淹月，以一月图一年，安可不速？以四击一，正令半解，犹当为之。是以不计死伤，与粮竞也。今贼众我寡，贼饥我饱，水雨乃尔，功力不设，虽当促之，亦何所为。自发京师，不忧贼攻，但恐贼走。今贼粮垂尽，而围落未合，掠其牛马，抄其樵采，此故驱之走也。夫兵者诡道，善因事变。贼凭众恃雨，故虽饥困，未肯束手，当示无能以安之。取小利以惊之，非计也。”朝廷闻师遇雨，咸请召还。天子曰：“司马公临危制变，计日擒之矣。”既而雨止，遂合围。起土山地道，楯橹钩橦，发矢石雨下，昼夜攻之。时有长星，色白，有芒鬣，自襄平城西南流于东北，坠于梁水，城中震慑。文懿大惧，乃使其所署相国王建、御史大夫柳甫乞降，请解围而缚。不许，执建等，皆斩之。檄告文懿曰：“昔楚郑列国，而郑伯犹肉袒牵羊而迎之。孤为王人，位则上公，而建等欲孤解围退舍，岂楚郑之谓邪！二人老耄，必传言失旨，已相为斩之。若意有未已，可更遣年少有明决者来。”文懿复遣侍中卫演乞克日送任。帝谓演曰：“军事大耍有五，能战当战，不能战当守，不能守当走，余二事惟有降与死耳。汝不肯面缚，此为决就死也，不须送任。”文懿攻南围突出，帝纵兵击败之，斩于梁水之上星坠之所。既入城，立两标以别新旧焉。男子年十五已上七千余人皆杀之，以为京观。伪公卿已下皆伏诛，戮其将军毕盛等二千余人。收户四万，口三十余万。初，文懿篡其叔父恭位而囚之。及将反，将军纶直、贾范等苦谏，文懿皆杀之。帝乃释恭之囚，封直等之墓，显其遗嗣。令曰：“古之伐国，诛其鲸鲵而已，诸为文懿所诖误者，皆原之。中国人欲还旧乡，恣听之。”时有兵士寒冻，乞襦，帝弗之与。或曰：“幸多故襦，可以赐之。”帝曰：“襦者官物，人臣无私施也。”乃奏军人年六十已上者罢遣千余人，将吏从军死亡者致丧还家。遂班师。天子遣使者劳军于蓟，增封食昆阳，并前二县。初，帝至襄平，梦天子枕其膝，曰：“视吾面。”俯视有异于常，心恶之。先是，诏帝便道镇关中；及次白屋，有诏召帝，三日之间，诏书五至。手诏曰：“间侧息望到，到便直排阁入，视吾面。”帝大遽，乃乘追锋车昼夜兼行，自白屋四百余里，一宿而至。引入嘉福殿卧内，升御床。帝流涕问疾，天子执帝手，目齐王曰：“以后事相托。死乃复可忍，吾忍死待君，得相见，无所复恨矣。”与大将军曹爽并受遗诏辅少主。及齐王即帝位，迁侍中、持节、都督中外诸军、录尚书事，与爽各统兵三千人，共执朝政，更直殿中，乘舆入殿。爽欲使尚书奏事先由己，乃言于天子，徙帝为大司马。朝议以为前后大司马累薨于位，乃以帝为太傅。入殿不趋，赞拜不名，剑履上殿，如汉萧何故事。嫁娶丧葬取给于官，以世子师为散骑常侍，子弟三人为列侯，四人为骑都尉。帝固让子弟官不受。