此次战役的结果，不同的史书有不同记载。在史书中，司马懿大胜蜀军；但在《汉晋春秋》中，诸葛亮力挫魏军。
另外，在《三国志·张郃传》中，没有司马懿督张郃，也没有写出张郃追击的原因，“诏郃督诸将西至略阳，亮还保祁山，郃追至木门，与亮军交战，飞矢中郃右膝，薨。”；而在《魏略》中则记载是司马懿不听张郃的劝阻，强行命令张郃追击，“宣王使郃追之，郃曰：“军法，围城必开出路，归军勿追。”宣王不听。郃不得已，遂进。蜀军乘高布伏，弓弩乱发，矢中郃髀。”历史真相究竟如何，尚不能下定论。
青龙元年（公元233年），安定保塞匈奴大人胡薄居姿职等叛，司马懿派遣胡遵等追讨并破降。蜀军退军后，军师杜袭、督军薛悌[tì]都预计诸葛亮第二年麦熟时还会入侵，建议趁冬天调运粮草，解决陇右粮少问题。司马懿认为：“诸葛亮两次出祁山，一次攻陈仓，都受挫而返。即使以后他还会出兵，将不再攻城，而是寻求野战，地点必在陇东，而不会在西侧。诸葛亮常以粮少为恨，回去后必然广积粮草，我估计没有三年的积蓄，诸葛亮是不会贸然出兵北伐的。”
青龙二年（公元234年）二月，蜀相诸葛亮率军十万出斜谷伐魏。四月，诸葛亮至郿县，进驻渭水之南。司马懿率军渡渭水，背水筑垒阻击。诸将想在渭北与诸葛亮隔水相持，司马懿说：“百姓积聚的粮秣财物都在渭南，这是必争之地。”遂渡渭水背水扎营。
当时，司马懿屯兵渭南，郭淮估计诸葛亮一定会争夺北原，主张先去占领北原，郭淮说：道“如果诸葛亮跨过渭水登上北原，就可以连兵北山，断绝陇道，震慑我朝臣民和胡人，此乃国家安危之大患。”
很多人不以为然，但司马懿认为如此，让郭淮屯兵北原。不久，诸葛亮率大军西行，诸将都认为诸葛亮想攻西围。郭淮则认为，诸葛亮虚张声势是要让魏军大举回应，而他的目标是阳遂。夜里，蜀军果然进攻阳遂，因城中早有防备，诸葛亮没能成功。五月，十万吴军攻魏，配合蜀军作战，被满宠所拒。
七月，魏明帝曹叡率兵亲征，吴军撤兵。群臣认为司马懿正还在西边和诸葛亮重兵对峙，车驾可西幸长安，魏明帝则说道：“孙权大军已经撤回，诸葛亮孤军无援、难成气候，大将军司马懿足以抵挡，朕没有什么忧虑了。”诸葛亮东进的道路受阻于司马懿，从渭水前进，又有郭淮阻挡，于是移军攻取大散关、陇城等地，回师进攻司马懿。
八月，司马懿以“坚壁拒守，以逸待劳”的指示，与诸葛亮相持百余日。诸葛亮数次挑战，司马懿均坚壁不出，以待其变。诸葛亮便派人给司马懿送去妇人的服装，欲激司马懿出战，司马懿仍不出战。为平息部属不满情绪，司马懿故意装怒，上表请战。
曹叡不许，并派骨鲠之臣辛毗[pí]杖节来做司马懿的军师，以节制他的行动。诸葛亮一来挑战，司马懿就要带兵出击，辛毗杖节立于军门，司马懿便不出兵。蜀将姜维就对诸葛亮说道：“丞相，毗杖节而至，司马懿不会出战了。”
诸葛亮则说道：“彼本无战情，所以固请战者，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！”
诸葛亮遂分兵屯田，做长久屯驻之准备。司马懿的三弟司马孚也来信问前线军情，司马懿回信说道：“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。”
不久，诸葛亮遣使求战，司马懿不谈军事，问使者道：“诸葛公起居饮食如何，一顿能吃多少米？”
使者说：“三四升。”然后对问政事，使者说道：“打二十军棍以上的处罚，都是诸葛公自己阅批。”
经过一番不经意的询问，司马懿对人说道：“诸葛亮将要死了。”果然，诸葛亮于当月病故于五丈原军中。蜀将秘不发丧，整军后退。当地百姓跑来报告，司马懿派兵追击，蜀将杨仪返旗鸣鼓，做出回击的样子，司马懿以‘穷寇莫追’收军退回。
当时有人传：“死诸葛走生仲达”，司马懿听到笑说道：“这是因为我长于预测活人的事，不长于预测人的生死啊。”第二天，司马懿到诸葛亮营垒巡视，并赞诸葛亮“天下奇才也”。
青龙二年（公元234年）八月，诸葛亮病故于五丈原，享年五十四岁。历时七年的诸葛亮北伐至此结束。蜀汉将领杨仪、魏延在撤军后争权，杨仪杀死魏延。司马懿想乘机攻蜀，魏明帝未准，作罢。
青龙三年（公元235年），司马懿升任太尉，累增封邑。蜀将马岱入境侵扰，司马懿派牛金迎击，斩蜀军千余人。武都氐王苻双和强端率领其属下六千余人来降。
西汉末年军阀混战时，公孙度据有辽东。这个割据势力对曹魏一直时叛时降，保持着半独立的地位。公孙渊继为辽东太守后，对魏更加不逊。魏明帝震怒，派荆州刺史毌丘俭出任幽州刺史，时辽水大涨，毌丘俭不利而还。
毌丘俭讨伐受阻，使公孙渊更加得意。景初元年（公元237年），原魏辽东太守公孙渊背叛魏国，自立为燕王，置列百官，定都襄平。公孙渊遣使南通孙权，封拜边民，诱呼鲜卑，侵扰北方。
景初二年（公元238年）当年正月，司马懿率牛金、胡遵等步骑四万，从京师出发，经孤竹，越碣石，六月，进至辽水。公孙渊急令大将军卑衍、杨祚等人率步骑数万，依辽水围堑20余里，坚壁高垒，阻击魏军。
司马懿采用声东击西之计，先在南线多张旗帜，佯攻围堑，吸引敌军主力，而以主力隐蔽渡过辽水，逼进敌军的襄平本营，部将不解问其原因。司马懿说：“敌人坚营高垒，就是想让我们兵疲粮尽，若攻城，正中其计。（本章完，。）