诸葛亮第一次北伐时出祁山攻打陇西五郡，却因街亭的丢失而失败，第二次是强攻陈仓不克，第三次是利用武都平二郡围城打援加防守反击，对比第二次和第三次，无疑诸葛亮第一次先打陇西地区的战略是最合适的，于是心有不甘的诸葛亮坚定了下次北伐，必再出祁山的策略。此时恰逢西北大旱，曹魏的雍凉地区竟然半年没有下过雨。预计到魏军缺少粮草的诸葛亮认为这是再次北伐的良机。
于是公元231年，诸葛亮用木牛运粮。并在祁山堡东北修建了卤城，作为蜀军的大营。此时魏国负责镇守长安的主帅。
已经由曹真换成了司马懿，闻讯后，司马懿立即率军前往支援，张郃曾劝司马懿分出一部分兵力驻防雍城和郿城，但是却被司马懿拒绝了，司马懿认为如果祁山堡能挡住蜀军的攻击，则分兵是可行的。但是一旦祁山堡被攻陷，那么分兵就成了添油战术，明显不如合兵更有利，最终司马懿仅给了费曜和戴陵四千精兵让他们在上邽驻守，而自己则继续率主力军向祁山堡进军，这也说明了司马懿对诸葛亮的重视程度。
他认为只有合兵一处全力以赴才有战胜诸葛亮的可能。诸葛亮探知司马懿的动向后。决定采取声东击西之策。他一方面留下王平继续率军攻打祁山堡，另一方面自己则亲率主力，绕过司马懿北上直指上邽，因上邽守军较少，所以费曜等人选择坚守不出，上邽附近有大面积的麦田。但是此时仅仅四月份还未到麦熟季节所以诸葛亮迅速派兵收割了部分青麦并对剩余的麦田进行了破坏，司马懿闻讯后为保护麦田，只得日夜兼程回军抵达上邽东面。
但是司马懿却以大军疲惫为由，选择坚守，并未与诸葛亮交战。而诸葛亮见到司马懿回援迅速，于是撤兵回到卤城，因时间紧迫蜀军并未将上邽的麦田全部毁坏，而这批剩余的麦田，也成为魏军此后的救命稻草，司马懿眼见诸葛亮撤回，而祁山堡仍未被蜀军攻克，于是选择再次进军追击，逼近卤城，司马懿率军虽然很快便抵达了卤城附近，但是却又一次选择了安营扎寨，只对峙，不交战。司马懿连续两次直接面蜀军却不交战。也引起了众将的一致不满。
其中张郃的意见颇具代表性，他认为蜀军远道来攻，必然想要速战速决，再加上祁山堡此时仍未陷落，所以更加应该分兵包抄，截断蜀军的后路，但是司马懿却拒不采纳，为了引诱司马懿出战，诸葛亮兵行险招，他命王平撤去了包围祁山的蜀军，再卤城南面扎营，这样诸葛亮的大军瞬间就陷入了粮道断绝，腹背受敌的险境之中。
看来为了引诱司马懿出战，诸葛亮是真下了血本，见到诸葛亮自断后路魏军诸将更是群情激愤，但是司马懿却是铁了心要当缩头乌龟，他的思路是这样的，既然诸葛亮断绝了自己的后路和粮道，那我们就更不要出战了。蜀军吃完了军中存粮自然也就撤军了。
在这期间魏军曾多次请战，但是司马懿都不准，诸位将领十分不满意，都讥笑他司马军畏蜀如虎，就不怕天下人耻笑吗？本来按照司马懿的策略，只要坚守不出，便可不战而胜。
但是他却算错了一点，那就是这次蜀军的粮草要比魏充足，而且蜀军还抢了很多上邽的青麦。而曹魏的雍凉地区却正逢大旱，收成惨淡，几乎全靠上邽剩余的麦田死撑，继续僵持下去先饿死的肯定是魏军，再加上曹魏朝堂上下都在给司马懿施压，无奈之下司马懿终于决定出战诸葛亮，司马懿先派张郃打通了和祁山堡之间的联络，并命张郃攻击卤城以南的王平军司马懿自己则亲率主力，进攻卤城以北的诸葛亮大军，试图以钳形攻势，南北夹击。击败诸葛亮。得知司马懿这只老狐狸终于出动后，于是诸葛亮迎战司马懿大军，此战的结果史书上出现了不同的记载，权重最高的史书三国志记载的很简略。
而汉晋春秋说诸葛亮大胜，而晋书中的记载却恰恰相反，说此役反而是司马懿获得大胜。此后司马懿一直不敢与诸葛亮交战的行为，史学界以汉晋春秋诸葛亮大胜的说法为准，司马懿再也不敢出战，诸葛亮乘势北进，而祁山堡则重又被蜀军包围，可就在蜀军占尽优势之际，在后方负责督运粮草的李严却掉了链子。
此时的蜀军粮草供应不足，加上又收到皇帝的圣旨，要求退兵北伐，诸葛亮无奈之下只有引军撤退。此时的司马懿便开始乘此机会领兵猛追，虽然张郃不想去认为其中必定有诈，但是司马懿不听，在军令的逼迫下，张郃只得强行追击，追至木门道，果然遭遇了蜀军的伏兵，张郃膝盖被射中，伤重而亡，魏五子良将全部作古，诸葛亮回去后发现军粮充足，于是招来李严质问，李严却佯装不知情，故作惊讶的说，军粮是很充足，丞相为何撤军，此时李严开始推卸责任为自己辩护了。
李严还上告皇帝说丞相撤退其实是诱敌深，诸葛亮懒得和他争辩，直接把他的手书展现出来，众人这才发现李严明显谎话连篇。前言不搭后语。他也不再狡辩，他无话可说，叩头认罪，最终被贬为庶人，可怜诸葛亮的第四次北伐就此虎头蛇尾，草草结束。
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