当时边境各郡刚归顺，大多没有户籍名簿，魏朝想加以核实，嘱托宣帝来京城朝见。天子向宣帝询问，宣帝答道：“敌方用严法统治百姓，所以百姓背弃了他。应该根据大法加以宽待，自然可安居乐业。”又问二敌都应该征讨，以何国为先?回答说：“吴国认为中原之人不习水战，所以敢散居在束关。凡是攻击敌人，一定要扼其咽喉捣其心脏。夏口、束关，是吴的心脏咽喉。如果派遣陆军向皖城进发，引孙权束下，再派遣水战军进军夏，乘虚攻打他们，这就像是神兵从天而降，一定能打败他们。”天子都认为很有道理，又命令宣帝屯兵于宛。
四年，升大将军，加大都督、假黄钹，与曹真一起讨伐玺厘。宣童从酉越劈山开道，水陆两军并进，逆沔水而上，直到朐腮，攻下新丰县。部队驻屯丹口，碰上大雨，回军。
第二年，诸葛亮进犯天水，把将军贾嗣、魏平围困在祁山。天子说：“西方有了战事，除了你没有可以托付的人。”于是让宣帝向西驻守在长安，都督雍州、凉州诸军事，率领车骑将军张郃、后将军费曜、征蜀护军戴浚、雍州刺史郭淮等人讨伐诸葛亮。张郃劝宣帝分军驻屯在雍、郡在后指挥，宣帝说：“如果料知前军能独自抵挡住敌军，将军你的意见很对。如果不能抵挡，而兵分为前后两部，造就是楚的三军之所以被黥布所消灭的原因。”于是进军喻麋。诸葛亮听说大军就要到了，就亲自率领众将士收割上邦的小麦。各位将领都很害怕，宣帝说：“诸葛亮多顾虑而少决断，一定会安营自守，然后割麦，我们有两天时间日夜兼程就足够了。”于是轻装前进日夜行军，诸葛亮望尘而逃。宣帝说：“我们兼程行军十分疲劳，这是通晓军事的人所希望的。厘姜台不敢占据沮塞，这很容易对付。”进军驻于汉阳，与诸葛亮相遇，宣帝列阵迎战蜀军。派大将牛金以轻骑兵引诱蜀军，两军刚一交战诸葛奎就撤退，追到空汕。谴姜台屯兵卢塑，占据了南北二山，截断了水源作包围圈。宣帝进攻突破了他的包围圈，诸葛亮趁夜逃跑，又追击打败了他，俘获斩杀一万多人。天子派人慰劳军队，增加封邑。
当时军师杜袭、督军薛悌都说明年麦熟时，盗墓毫一定会进犯，胧西没有粮食，应该在冬季预先运去。宣帝说：“诸葛亮再出祁山，一攻陈盒，挫败而返回。即使他以后再来，也不会攻城，肯定希望野战，一定在陇束，不会在西。诸葛亮常常因为粮食不足而无可奈何，回去后肯定会积攒粮食，根据我的推测，不经过三年他不会有行动。”于是上奏把冀州的农夫迁到上邦，加强京兆、天水、南安的监督和管理。
壹违元年，凿通了成国渠，修筑了堕置压，灌溉了数千顷土地，国库由此而富足充实。
二年，诸葛亮又率领十多万军队出斜谷，在鄘地的渭水以南平原屯兵。天子很担心，派遣征蜀护军秦朗督领步兵骑兵两万人，接受宣帝的指挥。诸将想在渭北迎战，宣帝说：“百姓都在遭南聚集，这裹是必争之地。”于是率军渡水，背水为营。接着对诸将说：“诸葛亮若是勇敢的人，应该从武功出发，顺着山势向东进军。如果西上五丈原，那么各路军马就都平安。”诸葛亮果然上了平原，准备北渡渭水，宣帝派遣将军周当在阳遂引诱蜀军。一连几天，诸葛亮没有动静。宣帝说：“诸葛亮想争夺平原而不去阳遂，他的意图可以知道了。”派遣将军胡遵、雍州刺史郭淮共同警戒阳遂，和诸葛亮在积石相遇。临近平原开战，诸葛亮无法前进，返回到五丈原。碰上有彗星坠落在诸葛亮的营内，宣帝知道他一定会失败，派遣奇兵牵制诸葛亮的后部，斩杀五百多人，活捉一千余人，投降的有六百余人。
当时朝廷认为诸葛亮是侨居江南的远敌，利于速战速决，常令宣帝要持重，以等待其变化。诸葛亮多次挑战，宣帝均不出战，于是诸葛亮送给宜帝女人的衣饰。宣帝大怒，上表请求决战，天子不同意，派正直之臣卫尉辛毗手持符节任军师来制止宣帝。后来诸葛亮又来挑战，宣帝准备出兵应战，辛毗手持符节立于军门，宣帝才罢休。当初，蜀将姜维听说辛毗前来，对诸葛亮说：“辛毗持节前来，敌寇不会再出战了。”诸葛亮说：“他本来就没有出战之意，所以坚决请战的原因，不过是在其兵众面前显示他的勇猛罢了。大将在军中，君命是可以不接受的，如果真能对付我，岂用远隔千里去请战呢!”
宣帝的弟弟司马孚写信请教军事，宣帝回信道：“诸葛亮志向远大而没有机遇，多谋少决断，喜好用兵但没有权，虽然率领十万士卒，但已堕入到我的圈套之中，打败他们必定无疑。”与诸葛亮对峙了一百多天，适逢诸葛亮生病去世，诸将焚烧营垒悄悄逃走，百姓奔走相告，宣帝出兵追击。诸葛亮的长史杨仪反转军旗鸣鼓进军，好像是要迎战宣帝的样子。宣帝认为穷寇不宜追，于是杨仪结阵而去。遇了几天，宣帝来到诸葛亮的营垒，察看他们遣下的东西，缴获了很多图书、粮草。宣帝确定诸葛亮死了，说：“真是天下的奇才。”辛毗认为还不能确定。宣帝说：“军家所重视的，是军事文书和机密、兵马粮草，现在都丢弃了，难道有丢弃了自己的五脏还能活着的人吗?应该马上追击。”关中多蒺藜，宣帝命二千军士穿着软底平跟的木屐前进，蒺藜全扎在木屐上，然后骑兵步兵一起进发。追到赤岸，知道了诸葛亮去世的确实消息。当时百姓对此事编了谚语说：“死诸葛亮吓跑活司马仲达。”宣帝听后笑着说：“因为我善于料知其生，不善于料知其死之故。”
在此之前，诸葛亮曾派使者来，宣帝问道：“诸葛公生活起居怎么样?能吃多少饭?”回答说：“能吃三四升。”然后又问政事，回答说：“凡处罚二十以上的都要亲自过问。”宣帝后来对别人说：“诸葛孔明怎么能活得长久呢!”最后如他所言。诸葛亮的部将杨仪、魏延争权，杨仪杀了魏延，吞并了他的军队。宣帝想乘机进军，诏令不允许。
三年，宣帝升太尉，增加封邑。蜀将马岱入侵，宣童派遣将军生金击退了他们，斩杀一千余人。