建兴六年（228年）冬，魏军分三路攻打吴国。
当时关中空虚，诸葛亮再次率军北伐。
蜀军此次出大散关，围攻陈仓20余日，但因粮食用尽，只得退兵。
建兴七年（229年），诸葛亮第三次率兵北伐，并攻占魏武都、阴平二郡，此时的诸葛亮又担任了丞相。
这一时期，诸葛亮与李严的矛盾受到人们的关注。
本来两人同受刘备托孤，皆是辅臣。
直到建兴四年，两人的关系还很好，诸葛亮在给孟达的信中还曾称赞李严。
但没过多久，李严写信给诸葛亮，建议他利用掌握朝政大权的便利，像曹操一样进爵封王，接受九锡（一锡车马，二锡衣服，三锡虎贲，四锡乐器，五锡纳陛，六锡朱户，七锡弓矢，八锡鈇钺，九锡秬鬯）。
诸葛亮看后非常生气，在回信中狠狠地批评了李严。
不久，诸葛亮在即将伐魏前，调李严和他所辖的二万军队来镇守汉中。
此时的李严却讨价还价，要求诸葛亮从益州的东部划出五郡来设立江州，让他当江州刺史。
诸葛亮以大局为重，答应了他的条件。
建兴七年（229年），陈震在出使东吴前，专门找诸葛亮汇报李严的一些问题，其中着重说到李严早年在家乡为官时的一些劣迹，但没有引起诸葛亮的重视。
建兴八年（230年），魏军准备分三路攻打蜀国，诸葛亮再次要求李严带两万军队到汉中去坐镇，李严这次仍讨价还价。
诸葛亮依然做了让步，任命李严之子接替李严的工作，他这才执行调动命令。
建兴九年（231年），诸葛亮第四次伐魏，要求李严在汉中负责后勤供应，但李严没有及时筹集到粮草，便写信给诸葛亮说皇上命令退兵。
诸葛亮退军以后，李严又欺骗朝廷说这次退兵是为了诱敌。
当诸葛亮回来后，他又故意惊讶地问：军粮已经够用，为何突然退兵？此后，诸葛亮拿着李严的书信为证据，和许多将士一起签名上表，将李严免为庶人并流放梓潼。
建兴十二年（234年）二月，诸葛亮进行第五次北伐，用大军出斜谷，据五丈原（今陕西岐山县南四十里）。
这次出兵事先与东吴约好同时攻魏，但东吴却迟迟不发兵，直到五月孙权才派陆逊、诸葛瑾率兵屯住江夏、沔口（今湖北汉口），然后进攻襄阳，而孙权自己率大军围攻合肥的新城。
魏明帝当时的策略是先挫败东吴，于是亲率水军东征，让司马懿坚守不战，欲使蜀军粮草断尽后自行退兵。
但孙权在得知魏主的意图后，认为自己成了主战场，这样很吃亏，于是命令全线撤军。
诸葛亮鉴于以前的教训，分兵屯田打算久驻。
这一年8月，诸葛亮因突患急病，暴死于前线，年仅54岁。
蜀军只得全线撤军，诸葛亮生前留下的遗嘱是：葬于汉中定军山，就在山坡中挖一个坟，坟坑可装下棺材便可。
穿平常的衣服，不随葬器物。
诸葛亮的一生共有两个27年。
第一个27年（207年以前），是他修身养性立志用世的准备阶段。
他学有所成时没有北走曹操，也没有南归孙权，而是辅佐了名微众寡的刘备。
这不是出于偶然，而是有客观道理的。
选择兴复汉室的道路，正说明他是一个维护封建纲常、崇尚儒家忠义道德的正统思想家。
第二个27年（207年到234年），则是诸葛亮尽忠蜀汉的阶段。
无论先主还是后主，都非常信任他。
他尊王而不攘夷，进兵南中和抚夷越，在三国中执行了最好的民族政策。
其次，明法、正身、和吴、治军，以鞠躬尽瘁，死而后已的精神战斗到生命的最后一刻。