231年春天，諸葛亮第四次北伐中原，以木牛運糧，包圍祁山。又招攬鮮卑人軻比能，軻比能起兵到石城響應蜀軍。因曹魏大將曹真病重，曹睿改派司馬懿為統帥屯於長安，領張郃、費曜、戴陵、郭淮等人抵抗。司馬懿先派費曜、戴陵與四千精兵前往上邽防守，自己則率其他兵力解救祁山。張郃則認為該分兵駐守雍、郿，但司馬懿認為若分軍不及合軍有利，便向西推進。諸葛亮知道後，留下王平繼續領軍攻打祁山，自己率主力迎戰司馬懿。其後諸葛亮在上邽打敗了魏將郭淮、費曜，並收割了魏軍的麥糧，與司馬懿軍在上邽之東遇上，司馬懿深知蜀軍勞師遠襲，糧食補給困難，因而憑險堅守，拒不出戰，諸葛亮便回軍鹵城。
司馬懿進軍鹵城，但卻登山掘營，與蜀軍對峙，不與交戰。張郃認為蜀軍從遠來攻，「孤軍食少」，必定想要速戰速決。所以應該以大軍屯於此處，然後分為奇兵，包抄蜀軍，截斷其後路。但司馬懿不採納。魏軍將領數次請戰，司馬懿都不准，諸將十分不滿，便譏笑他：「公畏蜀如虎，奈天下笑何!」。在眾將的一再要求下，司馬懿只好派張郃攻於南圍的無當監王平，由案中道進逼蜀軍，自己則率眾迎擊諸葛亮。諸葛亮派大將魏延、高翔、吳班分三路領兵作戰，大敗魏軍，光斬獲魏軍三千多人，獲得戰利品玄鎧五千、角弩三千多。從此司馬懿再不敢輕易出戰。
六月，諸葛亮眼見糧草接應不上，而又收到下令北伐軍撤退的召命，諸葛亮惟有引軍退回。司馬懿欲遣張郃追擊蜀軍，張郃認為「圍師必闕，歸師勿遏」，不贊同追擊未被被打敗而主動撤退的蜀軍。但司馬懿堅持要張郃領兵追擊，張郃無奈前往追擊。最後於木門道，被埋伏於高處的蜀軍射中右膝，傷重病逝。