公元234年春天，諸葛亮經過三年勸農講武的準備，在斜谷口再率十萬大軍出斜谷口，同時派使臣到東吳，希望孫權能同時攻魏。四月，蜀軍到達郿縣，在渭水南岸的五丈原下紮營寨。司馬懿則率領魏軍背水築營，想再次以持久戰消耗蜀軍糧食，令蜀軍自行撤退。
魏將郭淮認為蜀軍必會爭奪北原，司馬懿認同，便派郭淮先前往防備。果然，蜀軍到來，但被郭淮擊退。諸葛亮考慮到前幾次北伐都因為運糧不繼，導致功敗垂成，於是開始在渭、濱的居民之間屯田生產糧食，百姓亦相安無事，一切如常。
而孫權也響應蜀漢，親率十萬大軍北上攻魏，但被魏明帝曹睿親自率軍打敗。
魏、蜀兩軍相峙了百多日，其間諸葛亮多次派人挑戰，司馬懿軍始終堅守不出。
蜀軍叫陣無效，情急之中，諸葛亮派人給司馬懿送去一套女人衣裳以示侮辱，意思是說，你司馬公如此小心謹慎，只配作女人而不配作將帥。如此羞辱魏軍將帥，魏將確實被激怒了，他們火冒三丈，堅決要求出戰。司馬懿見勸說或下令以不足以制止眾將求戰，只好告訴眾將，致書表奏朝廷請戰，皇帝允許，就立即出戰。於是，司馬公給魏明帝送上請戰書，明帝深知司馬懿的用意，立即派衛尉辛毗為軍師，持詔到陣前，宣稱皇帝有令，只准堅守，不准出戰。
蜀將姜維知道辛毗傳達朝廷詣意，對諸葛亮說：「辛毗至此，魏軍更不會出戰了。」諸葛亮也深知司馬懿的用意，就像司馬公知道他的用意一樣，他說：「司馬懿本來就不想出戰，所謂請戰只不過是借口。將在外，君命有所不受，如果他想出戰，完全可以自己作主，有什麼必要往返千里去請戰呢!」兩軍長期相持，蜀軍力量漸漸不支。諸葛亮也終因積勞成疾而病死軍中。蜀將只好按照諸葛亮死前的部署，緩緩撤軍退回蜀中。
那麼司馬懿為什麼不敢跟諸葛亮打一仗，僅僅是因為魏國的國力高於蜀國不需要打嗎?
早年曹操為丞相以後，使用強制手段辟司馬懿為文學掾。曹操對使者說，「若復盤桓，便收之」。司馬懿畏懼，只得就職。曹操讓他與太子往來游處，歷任黃門侍郎、議郎、丞相東曹屬、丞相主簿等職。
曹操逐漸察覺司馬懿「有雄豪志」，又發現他有「狼顧之相」，心裡很忌諱。因此對曹丕說，司馬懿不是甘為臣下的人，必會干預我們的家族之事。但因曹丕和司馬懿關係很好，總是回護他，而得以無事，於是司馬懿勤於職守，廢寢忘食，遂使曹操安心。
後在立儲的問題上，司馬懿與曹丕站在一隊，深得曹丕的信任。
公元226年五月，曹丕駕崩，享年四十歲。臨終時，令司馬懿與中軍大將軍曹真、鎮軍大將軍陳群、征東大將軍曹休為輔政大臣。
司馬懿不戰而守，不是畏懼諸葛亮，反而是讓諸葛亮的威脅能夠長期存在，以邊陲之事使自己的兵權正當化。孔明死後，公孫淵又反，司馬懿一年時間平滅了遼東。值此之際，曹叡病故。齊王芳即位，曹芳仍然使用老套路，重用曹氏宗親，升仲達為太傅，由曹爽兄弟掌握兵權。為什麼他們敢如此，而曹叡不敢?並非曹叡與仲達親近，也並非曹爽的政治手段要高於曹真，僅僅在於孔明已死，蜀中無人。按說司馬仲達見此情況應當適時隱退了，但「肅清萬里，總齊八方」的大志，使他不能甘心於太傅這一養老閒職。於是，詐病賺曹爽，重奪兵權，與此同時，他又提拔了鄧艾、鍾會等新人，為伐蜀統一做好了準備。
因此，諸葛孔明既是仲達的敵人，又是戰爭裡的知音，又是仲達能夠掌握兵權的誘因。司馬懿為何不戰，一是以守自保，風險最小，只要諸葛退兵，仍有功績;而更為重要的是，他以諸葛之威脅使得魏室不敢輕易罷其兵權，進而能夠控制曹魏的政權。