为了北伐大计，诸葛亮对新城的被围、被攻破，对孟达的被杀，始终保持着沉默。曹魏万万没有料到，这沉默正酝酿着一场突然的爆发。
建兴六年春，诸葛亮决定从汉中出兵北伐。
临出兵之前，诸葛亮同众将商议作战方针，询问大家从哪条路北上合适。督前部、领丞相司马、凉州刺史魏延语出惊人，他说：“我听说镇守长安的魏将夏侯楙，是个胆小而无谋略的家伙。只是凭着他曹氏女婿的身份和与曹丕的特殊关系而出镇方面。我请求率五千精兵，再加五千背粮兵众，从褒中出，循秦岭而东，入子午道直出北上，不过十天可达长安。夏侯楙听说我突然到来，一定会弃城逃走。夏侯楙丢下的横门邸阁粮仓和散民之粮谷，足以供给军食。曹魏东方援军集结需要二十多天，而在此期间，丞相您从斜谷进军，一定可以到达长安。如此，则一举可以平定咸阳以西。”
魏延这个计划很有气魄，众人听了议论纷纷，诸葛亮也感到震动很大。按照魏延的计划，蜀军便可一举夺得关中，这正是诸葛亮北伐首先所要追求的目标。但是，诸葛亮并没有马上同意这个计划，他要进一步考虑一下这个计划还有什么不完善之处。因为在军事上的一个细小疏忽，有可能使得全盘皆输，他要对魏延计划的每个环节进行深入考虑。
生活中常有这种情形，一些猛一看是美好的事物，当你仔细琢磨时却会发现有很多不如意的地方。魏延提出的计划就是如此。
诸葛亮越琢磨，越觉得这个震撼人心的计划难以实现。这个计划如能最后实现固然是美妙的，但美妙的东西不会是白自得到的，要想得到它，必须满足下列五个条件：
第一，魏延率军从褒中出发，循秦岭东行进入子午谷，循子午谷到长安，完成这个行程必须用十天的工夫。
第二，曹魏长安守将夏侯桥得知魏延军突然到来时一定弃城逃跑。
第三，夏侯桥逃跑时，还得留下大批的粮草辎重。
第四，魏军的关东援军要在二十天后才到达长安。
第五，诸葛亮大军从斜谷出发，必须在二十天之内到达长安。
这五个条件中，每个条件都有不能实现的可能。
魏延能保证在十天之内穿过子午谷而到达长安城下吗？诸葛亮感到怀疑。六百多里的子午谷道，两边高山对峙，中间水流湍急，全靠架在山崖上的栈道通行。遇到栈道坏处，要把它修复，如果栈道坏处多，修复的时间就会长，就会延误到达长安的时间，如果不能在十天内到达，那么，魏军很可能会提前得到情报而有所准备，使蜀军失去奇袭的效果。诸葛亮的怀疑是有道理的。两年以后，曹真伐蜀就是走子午道，“会大霖雨三十余日，或栈道断绝”，“曹真发已逾月而行才半谷，治道功夫，战士悉作”。曹真一个月才走完子午谷的一半。可见十天内走出子午谷是相当不容易的。
魏军守将夏侯楙固然怯而无谋，但他会不会怯懦到“闻延奄至，必弃城逃走”的地步呢？万一他不是弃城而逃，而是据城固守怎么办？退一步说，即使夏侯楙真的望风而逃，还有曹魏雍州（治今陕西西安西北）刺史郭淮呢！一想到郭淮，诸葛亮不禁想起一段往事：那是蜀汉与曹魏争夺汉中的时候。当时蜀军斩杀曹魏征西将军夏侯渊，曹魏军中大乱。当时郭淮正任夏侯渊军司马，他见主帅已亡，便挺身而出，收集魏军散卒，推荡寇将军张邰为军主，很快把军心安定下来。第二天，蜀魏两军夹汉水对峙，蜀军欲渡汉水进攻，曹军诸将都认为敌众我寡，蜀军又有刚打胜仗的优势，因此主张依汉水为阵以拒之。郭淮却说：“不然。这样做是示敌以弱，不足以挫败敌人。不如远离汉水设阵，引蜀军过河，待其渡到一半时对其发起进攻，就可以把敌军击破。”蜀军果然心生怀疑，未敢渡河。如今，这个有胆有略的郭淮已成为曹魏的雍州刺史，和夏侯楙一道镇守长安，他和夏侯楙一起逃走的可能性几乎不存在。
再退一步说，即使魏延占领了长安，怎能保证夏侯楙逃走时不烧掉粮食辎重，给魏延留下一座空城呢？万一夏侯楙将横门邸阁的粮食付之一炬，魏延军饿着肚子怎能守城？再说，曹魏关东援军要二十多天才能赶到的估计靠得住吗？军事斗争常常是千变万化。远的不说，就说司马懿袭击孟达吧，孟达估计司马懿要一个月才能赶到新城，结果司马懿只用了八天就赶到了。魏军从关东赶往关中，一路上一马平川，没有什么天然障碍。而自己率军从斜谷出发至长安，要行数百里栈道，怎能保证在曹魏关东援兵之前赶到长安呢？万一落在曹魏援军后面，魏延军被曹兵吃掉不说，自己的北伐大军将会屯兵于坚城之下，陷入进退维谷的境地。
诸葛亮不敢再想下去了。他觉得魏延的计划是个“悬危”的计划，无论哪个环节出了毛病，都会带来严重后果。自从荆州军覆没，夷陵战败以来，诸葛亮苦心经营五六年，才有了今天的十万北伐大军，这是北进关陇的最后本钱，不能再用它孤注一掷，不能再冒风险了。
诸葛亮否定了魏延的计划，他认为：“不如安从坦道，可以平取陇右，十全必克而无虞。”诸葛亮所说的“坦道”，就是出阳平关，入魏境沮县（治今陕西略阳东）、下辨（治今甘肃成县西北）到达陇右的祁山这条路。这条路经陇南山地，走过一段高山深谷之后，到达沮县就开始趋于平缓，从沮县到祁县一段，还可借汉水以通漕运。诸葛亮上表说：“祁山县去沮五百里，有民万户，瞩其丘墟，信为殷矣。”说的就是这条水路。
此次兵出祁山，诸葛亮作了周密的安排，兵分两路，一偏一正。镇东将军赵云、扬武将军邓芝所领军队为偏师，这支军队不出阳平关，而是直接由汉中北上进入箕谷（秦岭山谷名，在今陕西褒城西北），扬言从斜谷进攻郦县（治今陕西眉县东）。曹魏方面闻此，急令大将军曹真都督关右，驻扎在郿县，专门对付赵云军。
当关中曹军的注意力全部集中在赵云军身上时，诸葛亮率领的蜀军主力却突然出现在陇右。这支“戎阵整齐，赏罚肃而号令明”的军队一出祁山，立刻引起陇右曹军的恐慌。当时，天水太守马遵正带着姜维、梁绪、尹赏、梁虔等随从在郡中巡视。他听说蜀汉大军到来，急忙要撤到上邦（治今甘肃天水）。当时天水郡治在上邦西北的冀县，马遵不回冀县而欲入上邦，充分暴露了这位太守的胆怯。原来，上邦在冀县东南，又濒临渭水，一旦有变，可以顺着渭水迅速向长安方向逃跑。而冀县在上邦西北，远离渭水，很容易被蜀军隔在陇右而无法东逃。看来，马遵只是作着东逃的准备，而根本无心恋战。姜维对马遵说：“府君不应当往上邦，而应当回冀县，以部署抵抗蜀军。”不料，姜维的劝告竞引起了马遵的疑心，他怀疑姜维已和蜀军串通一气，让自己回冀县，好让自己成为蜀军的瓮中之鳖。所以，他乘姜维等人熟睡之机，深夜逃往上邦。姜维一觉醒来，发现马遵已丢下自己而去，知道他撤往上邦，便急起直追。当他追到上邦城下时，只见城门紧闭，马遵一口咬定姜维居心叵测，不许他入城。姜维无奈，只好撤回冀县，而冀县吏民早已决定响应诸葛亮，他们见姜维到来，便推举他面见诸葛亮，诸葛亮首战告捷，不但占领了天水，而且得到了姜维。
继天水郡之后，南安郡、安定郡也叛离曹魏，响应诸葛亮。如果再占领西部的陇西郡，整个陇西地区就基本上控制在蜀汉手中，果真如此，蜀汉进一步占领关中地区，也并非可望而不可及的事。
诸葛亮占领陇右三郡，关中大震，曹魏朝廷震惊。朝中众臣都束手无策，未知计从何出。魏明帝故作镇静，对群臣说：“诸葛亮一向据险自守，阻山为固，如今自己出来，正合兵书致人之术；且诸葛亮贪图陇右三郡，知进而不知退，今因此时，破亮必也。”即令右将军张邰率领步骑兵五万，前往陇右进击蜀军。别看魏明帝说得如此轻松，实际上他也知道此战关系陇右的存亡，所以他亲自赶往长安督战。
张邰率部沿关陇通道迅速西进，过汧县（治今陕西陇县）进入汧陇古道，沿此路登上陇山，意欲从街亭（今甘肃庄浪东南）要地进入陇右，挫败蜀军占据陇右的企图。
在张合率领的曹军进入陇右前，诸葛亮率领的蜀军占有以众击寡，以强击弱的绝对优势。陇右五郡，三郡叛归蜀汉，只有陇西（治今甘肃陇西附近）、广魏（治今甘肃天水东）二郡不服。陇西太守游楚为人慷慨，在郡以恩德为治，不好刑杀，极得郡内民心。面对蜀军强大的攻势，他知道若不激发起郡人的斗志，是很难把陇西守住的。于是，他又拿出了惯用的恩德手段。他把郡中吏民召集起来，对他们说：“本太守对诸位没有恩德。如今蜀兵进入陇右，诸郡吏民皆已应之，这也是你们获取富贵的时刻。我身为太守，为国家守郡献身义不容辞，你们可拿着我的人头去投降蜀军。”
游楚一番话，使在场的人感动得涕泪纵横，他们表示：“生死当与府君同，决无有二心。”游楚见此情形，又对众人说：“既然大家不愿用我的人头前去请功，那我就再给大家出个主意。如今东边二郡已降蜀汉，蜀汉大军不久就会到来。希望大家和我一起坚守。如果朝廷援军到来，蜀军必然退走，到那时候，诸位都是为国守义的功臣，可以获得国家的爵宠。如果援军不到，蜀军攻打日急，你们再取我性命投降，也未为晚。”
游楚这一番话，自然是为了激励众人与他一同守城，但也反映出若援军不能及时赶到，陇西郡断不能长久坚持的事实。不久，蜀军果然前来攻城，游楚遣长史马颙出城设阵，他自己则登上城楼对蜀军主将说：“卿能截断陇道，使东部援军无法人陇，一月之中，则陇西吏人不攻自服；如若不能，愿自疲弊耳。”游楚这番话倒也说得不虚。作为一个军事指挥员，诸葛亮即使听不到游楚这番话，也对这种形态洞若观火。这形势就是：只要切断关陇通道，把目前的优势保持一个月左右，就会占领全部陇右地方。
取得陇右的关键就在切断陇道，切断陇道的关键就在守住由关中人陇的咽喉要地街亭。
智者千虑必有一失。诸葛亮对街亭的重要战略地位判断很准确，但在选拔镇守街亭的将领上却没有看准。
在选拔镇守街亭的主将时，众人一致认为魏延、吴壹等人富有战斗经验，应该把这个重任交给他们。而诸葛亮这次却十分固执，违众人之意选拔了马谡。
公正地说，马谡并不是个平庸之辈。马谡是襄阳宜城（治今湖北宜城东南）人，是马良的弟弟。马良字季常，马谡字幼常，兄弟五人的字皆有一个常字，马氏五常，在当地就很有名气。马谡才器过人，好论军计，在军事理论方面很有一套。当年诸葛亮南征，马谡提出的“用兵之道，攻心为上”的建议，深受诸葛亮的赏识。诸葛亮和他一起谈论，常常都是自昼达夜。但是，镇守街亭，马谡并不是个合适的人选。因为这是战争，是军事实践。战场形势千变万化，单凭军事理论是解决不了问题的，在两军对阵中，具有丰富实战经验的指挥员才能把军事理论运用得游刃有余。而马谡所缺乏的，正是这种实战经验。
用人得当，常人可有超常的发挥；用人不当，人才也可变成蠢才。马谡在镇守街亭战役中，就由一个人才变成了蠢才。马谡在街亭违背诸葛亮的节度，造成街亭失守，在前面《孜孜求治》一节中已有叙述，这里再就军事方面加以分析。
街亭是扼守关中通向陇右的咽喉要地，马谡的任务就是守住街亭，把曹魏关中援兵阻止在街亭之外。大凡在交通要道，古人总要修筑坚固的工事以把守之，街亭也是这样。在街亭附近，有一座城池，名叫列柳城，是把守街亭要道的大型人造工事。马谡让副将高详进驻列柳城，自己却带主力登上了街亭附近的南山。马谡这样布置，是想造成犄角之势，若敌人攻城则南山出击，攻山则城内出击，而且从山上出击敌人，还有居高临下高屋建瓴之势。
马谡这样做，实际上是犯了一个大错误。他根本没闹清自己的战略位置，是处于守势，还是处于攻势？是要阻击敌人，还是要伏击敌人？
如果是要攻击敌人，要打伏击战，居高临下，高屋建瓴无疑是先占了地利的优势。但马谡的任务是据险扼守，阻击敌人，则应该据城坚守，怎能弃城上山呢？就是要造成互相援助的犄角之势，也应以守城为本，自己率主力据城，而让高详上山，不能本末倒置。孙子曾说：“守而必固者，守其所不攻也”，“善守者敌不知其所攻”。就是说，处于守势者，一定要依托坚固的工事或天然屏障，让进攻的敌人无从下手。很显然，据城坚守才符合守而必固的原则。对于马谡的错误部署，副将王平有所察觉，他认为弃城不守、舍水上山的做法不妥，对马谡进行劝谏。但马谡根本看不起这个“手不能书，其所识不过十字”的副将，认为他打仗还行，军事谋略则不甚了了。他没有听从王平的劝谏，依旧我行我素。
马谡用进攻的办法处理守势，就做不到“善守者敌不知其所攻”，而是留下许多让敌人易于攻击的漏洞。张合大军杀来，一下子兵分两路，把列柳城和南山分割包围，本来互为犄角的马谡与高详，此时彼此自顾不暇。接着张邰断了马谡山上汲水的道路，马谡的军心一下子就乱了。围攻列柳城的是曹魏名将郭淮，高详根本不是他的对手，很快列柳城就被攻下。接着曹军二处合一，对马谡发动了进攻。马谡军大败，兵众星散，马谡也不知逃到什么地方去了。在这关键时刻，倒是王平气概不凡，他率领部下千人，“鸣鼓自持，魏将张邰疑其伏兵，不往逼也”。于是王平从容地收合各营逃散的兵将，带着队伍撤回。
街亭的失守，后果相当严重。曹魏的关中援军通过街亭开到了陇右。本来占有优势的蜀军，现在西有陇西郡未降，东有曹魏援军，处于东西夹击之中。为了保存力量，等待再次北进的时机，诸葛亮只得迁拔西县（治今甘肃礼县东北）千余户人家，撤回汉中。
在东线，赵云、邓芝所率偏师也与曹真军发生战斗，但由于己弱敌强，在箕谷失利，然而富有战斗经验的赵云没有使兵力分散，而是“敛众固守”。所以没有造成很大的损失。撤兵的时候，赵云让邓芝带人先撤，自己亲自断后，一边后退，一边将走过的栈道烧毁。曹军追击无路，只好撤回。赵云全军而返，军资略无所弃，兵将亦无相失。
至此，诸葛亮第一次北伐结束。
回到汉中以后，诸葛亮对所有参加北伐的将士进行了奖惩：
马谡、张休、李盛三人因违反节调、丢失街亭，致使北伐失利，被处以斩刑。
将军黄袭也负有一定责任，被解除兵权。
诸葛亮自己因“授任无方”，“明不知人”而“自贬三等，以督厥咎”。
王平因指挥有方，全军有功，“特见崇显，加拜参军，统五部兼当营事，进位讨寇将军，封亭侯”。
赵云因箕谷失利，被降职为镇军将军。但赵云所部在箕谷退军时，将士服从指挥，退军有序，兵将不失，被诸葛亮特别给予赏赐。
应该说，诸葛亮的上述处理，赏罚严明，是很得体的。但这并不能完全消除首战失利所带来的消极影响，这种影响表现在三个方面。
