①子午谷之计
228年春天，蜀军准备好北伐。
督前部、领丞相司马、凉州刺史魏延提出子午谷之计，据魏略记载：魏延建议由其率精兵五千，负粮五千，直从褒中出，循秦岭而东，当子午而北，不过十日可进军至长安。镇守长安的魏国安西将军夏侯怯而无谋，“闻延奄至，必乘船逃走”，长安唾手可得。魏国聚集军队“尚二十许日”，诸葛亮大军可趁机“从斜谷来，必足以达”。如此便可一举平定长安以西。
但诸葛亮认为此计不安定的因素太多，未必能如此顺利，一旦失利将陷于进退维谷之地，最终诸葛亮选择了“安从坦道，可以平取陇右，十全必克而无虞”，确立了先攻占陇右作为进攻跳板的战略。
于是诸葛亮派镇东将军赵云、扬武将军邓芝率一支军马作为疑兵，由箕谷摆出要由斜谷道北攻d城的形势，以吸引魏军。魏明帝曹睿乃命曹真都督关右诸军，前往抵御赵云。诸葛亮则亲率主力趁势向祁山发起进攻。
②首战告捷
由于魏国事先毫无防备，突闻诸葛亮提兵三十万（实际蜀汉才8万兵马）杀来，导致陇右的南安、天水和安定三郡无力抵抗，天水、南安太守甚至弃守城向东逃窜，魏国天水守将姜维、梁绪、尹赏、上官t等投降诸葛亮，雍州刺史郭淮则退往上固守待援。顷刻间陇右五郡（陇西、南安、天水、广魏和安定）有三郡投降了诸葛亮，仅有广魏郡和陇西郡拒不投降。陇西郡太守游楚坚决抵抗。曹魏整个朝廷“朝野恐惧”。
③失守街亭
正当诸葛亮率领蜀军一路凯歌高唱，将要兵过渭水，军临长安之际。远在洛阳的魏明帝曹睿急率大军救援，亲自到长安坐镇，派大将军曹真督军至d县防御赵云，张A率军五万前往抵抗诸葛亮，曹魏凉州刺史徐邈也遣参军与金城太守率军进攻南安郡。
诸葛亮知道张A乃是魏之名将，此番率军前来必定来取蜀军咽喉之地街亭。诸葛亮正欲派将镇守街亭时，忽闻参军马谡 *** ，要领一军往蜀军咽喉要道~街亭把守。诸葛亮起初不准，但无奈马谡数次 *** 和立下军令状。
马谡是诸葛亮的心腹，诸葛亮恐马谡有失、街亭失守。再三叮嘱将街亭对蜀军的重要性和镇守街亭的部署告诉马谡，并要求马谡到街亭后立刻描绘街亭的山川地理图本以及安营扎寨的位置。诸葛亮又派大将王平作为马谡的副将，协助马谡镇守街亭。为了以防万一诸葛亮命令高翔率领一支军队屯驻在临渭以北、街亭以左的列柳城接应马谡。又命魏延率领一军在街亭之右的山谷之中接应马谡。
不出诸葛亮所料，张A果然率领大军来取街亭。可是马谡根本不遵循出兵前诸葛亮安排的部署，也不顾副将王平的劝说。执意将大军屯兵于一座孤山上，不在当道险要之处下寨。以至于被张A率将包围在山上。
张A派人，切断蜀军水源。蜀军因为缺水而陷入内乱，马谡弃军逃亡。张A乘势进攻，蜀军大败，街亭失守。
只有王平领着千人，鸣鼓自守。而张A又疑蜀军有伏兵，不作追击。于是王平 *** 分散的军队，向诸葛亮大军处撤退。身处列柳城的高翔军队又被郭淮攻破。魏延被张A堵在山谷之中，前进不得。高翔与魏延为避免陷入被包围的境地，于是都各自退军。同时，赵云在箕谷也出兵不利。街亭失守，蜀军丧失了全部有利形势。诸葛亮取西县千余家，后引兵退回汉中。
与攻占长安问鼎中原只有一步之遥的第一次北伐就此宣告失败！魏国也将防御重点由原来的东吴转移至蜀汉。以至于后来诸葛亮的四次率军北伐，形势更加困难险峻。
④挥泪斩马谡
戮谡以谢众。上疏曰：“臣以弱才，叨窃非据，亲秉旄钺以厉三军，不能训章明法，临事而惧，至有街亭违命之阙，箕谷不戒之失，咎皆在臣授任无方。臣明不知人，恤事多，春秋责帅，臣职是当。请自贬三等，以督厥咎。”於是以亮为右将军，行丞相事，所总统如前。
回到汉中，诸葛亮把临阵逃脱、弃士兵于不顾的马谡收狱。
诸葛亮虽感可惜，但为严肃法度，便斩杀了马谡、张休及李盛，还夺取了黄袭等人之兵权;陈寿（三国志的作者）之父是马谡的参军，因不劝导马谡被处以髡刑;丞相参军、安汉将军李邈为马谡求情，被调回成都。
王平却因有作进谏而被提拔。诸葛亮自己仍上书自贬三等，并作了自我批评，刘禅接纳，但仍命诸葛亮以右将军行丞相事。
赵云亦贬为镇军将军，但被诸葛亮大嘉赞赏他守卫之功。后来，有人曾劝诸葛亮再北伐，但诸葛亮认为要更训练士卒，令他们忘了失败之事，才可再行。
曹真和张A在蜀军撤出后，快速将天水、南安、安定三郡平定，曹真又认为蜀军今番进攻祁山失败，斜谷道又被赵云烧毁和大水冲蚀，下次该会以陈仓作目标，便派将军郝昭、王生等与千余人屯兵陈仓。
228年冬天，曹魏将领曹休在石亭被东吴将领陆逊打败，诸葛亮听说魏军大举东进，关中兵力空虚。
于是诸葛亮写信给其兄诸葛瑾言到：“有绥阳小谷，虽山崖绝险，水纵横，难用行军，昔逻候往来要道通入。今使前军斫治此道，以向陈仓，足以攀连贼势，使不得分兵东行者也。”
于是诸葛亮出兵散关，包围陈仓。不过郝昭已筑陈仓城防备。
诸葛亮曾派郝昭同乡靳详于城外数次游说郝昭投降，但郝昭坚决拒绝了。诸葛亮便挥军进攻陈仓城。蜀军没有以大军进攻，而是先用云梯、冲车攻城，郝昭便用火箭射云梯，当云梯燃烧时，梯上的人便被烧伤，又以绳绑着石磨，掉下城墙，压毁冲车。诸葛亮便转用井阑在百尺外向城中射箭，掩护士兵用土填平护城河，想直接攀城，郝昭于是建起内墙，令井阑失效。诸葛亮又挖地道，想突袭城中，郝昭又在城内挖下横壕沟，挡下地道。
由于曹魏已经事先在陈仓做好了充足准备，加上陈仓地势险要，易守难攻，相方激战二十余日未有胜负。曹真派费耀等率军来救，魏明帝也召张A前往迎击诸葛亮。此时蜀军粮草不继，又闻讯魏援军快到，只好再退回汉中。在退师途中，成功杀死前来追击的魏将王双。