八月，大司马曹休不依计划，迳下皖城深入敌境接应诈降的吴将周鲂，在石亭被陆逊伏击，大败，曹休病死。
关陇抗蜀
太和三年（229年），蜀相诸葛亮第三次出兵攻魏，并占据武都（今甘肃陇南武都区）、阴平（今甘肃文县西北）二郡。太和四年（230年），魏明帝曹决定兴师伐蜀。升司马懿任大将军、加大都督、假黄钺，与大司马曹真一起伐蜀。八月，魏明帝命曹真率主力由长安入子午谷，左将军张出斜谷，司马懿自荆州溯汉水出西城，将兵分三路会攻汉中。司马懿从西城开拓道路，水陆并进，沿着沔水逆流而上，直达朐忍，攻克新丰县，驻军丹口，后遇大雨班师。
诸葛亮北伐
太和五年（231年）二月，诸葛亮率军第四次北伐魏国，包围祁山贾嗣、魏平部，并以木牛流马运输粮草，曹派司马懿西驻长安防御蜀军。司马懿留部将费曜、戴陵率4000人守，自率主力西救祁山。张劝司马懿分兵驻扎雍、两地，以作大军后镇，司马懿不同意。挺进喻麋，对战诸葛亮。
此次战役的结果，不同的史书有不同记载。《晋书宣帝纪》中，司马懿大胜蜀军；但在《汉晋春秋》中，诸葛亮力挫魏军。另外，这时期魏将张之死也有不同的说法，《张传》中，张不听司马懿劝告，主动出击，“诏督诸将西至略阳，（诸葛）亮还保祁山，追至木门，与亮军交战，飞矢中右膝，薨。”；而在《魏略》中却记载是司马懿指挥失当，“宣王使追之，曰：“军法，围城必开出路，归军勿追。”宣王不听。不得已，遂进。蜀军乘高布伏，弓弩乱发，矢中髀。”历史真相究竟如何，尚不能下定论。
青龙元年（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。”
对阵五丈原
青龙二年（234年）二月，蜀相诸葛亮率军十万出斜谷伐魏。四月，诸葛亮至县（位于今陕西宝鸡），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
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