诸葛亮首次北伐，可说是做足了万全的准备。他听说新城太守孟达在曹丕、桓阶、夏侯尚等人死后，作为从蜀汉投魏的降将，过得越来越不顺心。诸葛亮便马上让李严给孟达写信招诱，孟达也回信表示自己愿意重归蜀汉。可惜孟达这些小动作，早被与他有矛盾的魏兴太守申仪密报给司马懿。
孟达见事已败露，不由也惶惧万分，想着不如就此举兵？可没想到司马懿直接给他写来了一封信慰解他，这下就令孟达陷入犹豫不决的境地。但一生唯谨慎的诸葛亮自然知道司马懿的厉害，急忙写信要孟达小心提防。孟达给诸葛亮回信“宛城距离洛阳800里，距离新城1200里。司马懿他现在要表奏天子，然后再来讨伐我，这样来回，最起码要一个月时间。到时我一切都准备好了，就不怕他司马懿了”诸葛亮看到这封回信，只是长叹一声“将在外，君命有所不受。司马懿怎会如此去做？看来孟达必为司马懿所擒啊”急忙派偏将出兵魏兴郡的西城安桥与木阑塞，去救援孟达。
司马懿也不听诸将“宜观望而后动”的劝说，下令昼夜兼行，只用了8天便杀到了新城郡。同时分派诸将去阻住蜀军的援兵。这下孟达傻眼了，他在写给诸葛亮的信中哀叹道“司马懿仅用八日就兵临城下，何其神速啊”
228年1月，司马懿将城池团团围住，同时开始诱降孟达的部将李辅、外甥邓贤。16天后，二人开城投降。孟达被斩首，首级被焚于洛阳四达之衢。魏兴太守申仪则因“擅自承制刻印，多所假授”的罪名也被司马懿拿下，送回洛阳。曹叡下令分新城的上庸、武陵、巫3县为上庸郡；锡县为锡郡。
此时坐镇长安，都督关中诸将的是曹操的爱婿、曹丕的好友、娶了清河公主的夏侯渊之子、安西将军夏侯楙。
身为丞相司马、此时已是蜀汉第一猛将的魏延便向诸葛亮建议“我愿率精兵五千，负粮五千，取道褒中，沿秦岭东进，再从子午谷向北杀出。不过十日，可到长安。夏侯楙一公子哥儿，此时必弃城而逃。丞相率大军从斜谷出，与我会合。这样大概20天左右，咸阳以西便可一举可定”可一生谨慎的诸葛亮怎会行此险招？他拒绝了这一“子午谷奇谋”而是选择走陇西诸道或陈仓故道。这些道路因地面平坦，适合大军行进。但魏延却一语中的“如此魏军必尽起关中之兵沿路防守，则旷日持久。何日可得中原”诸葛亮道“此举虽费时日，但可安取陇右而无虞。我依法进兵，何忧不胜”魏延怏怏退出。而历史最终将证明魏延的论断：从现在起直到234年8月这六年半的时间内，诸葛亮六出祁山，却只打下了武都、阴平2个郡而已…
诸葛亮先是扬言将由斜谷道出兵，攻打扶风郡郿县。又派赵云、邓芝率疑兵据住箕谷。当曹叡将曹真派到郿县去都督关右诸军后，诸葛亮突然率大军杀出，攻打天水郡的祁山！队伍整齐，号令严肃。魏国在曹丕时一直将精力投在东吴，对蜀汉毫无防备。这次诸葛亮初出祁山，顿时朝野恐惧，关中震动。天水、南安、安定三郡闻风请降。天水参军姜维正随太守马遵、功曹梁绪、主簿尹赏、主记梁虔等一行人案行属县。马遵吓得准备逃往上邽县，但姜维劝马遵还是该回到郡治冀县去组织抵抗。马遵疑心姜维有异志，也不管他了，自己乘夜逃往上邽。姜维先后到上邽县与冀县，却都被闭门不纳。进退维谷的姜维最终选择了投降蜀汉。27岁的他深受诸葛亮喜爱，被任命为仓曹掾、奉义将军、当阳亭侯(《三国演义》第93回“姜伯约归降孔明”描写与此不同)
消息传回，曹叡道“蜀汉有地利之险。诸葛亮却放弃了，主动出击，这是自寻死路。且他正贪图三郡之降，知进而不知退。正好趁此机会消灭他”调集了五万步骑，交由张郃率领，前去迎敌。随后，曹叡也亲自赶到长安。
诸葛亮召集众将道“广魏郡的街亭乃汉中咽喉，关系我们此次北伐的成败。谁敢去守街亭”参军马谡自告奋勇，请命愿往。
马谡当年任越巂太守时就才器过人，好论军事。深得诸葛亮器重。但刘备始终不以为然。白帝城托孤时还特别叮嘱诸葛亮“马谡言过其实，不可大用”但诸葛亮没听，对马谡一如既往的器重。甚至两人谈论起事来经常是自昼达夜。现在诸葛亮就拒绝了魏延、吴懿等沙场宿将的请战，而将守街亭这一重责大任交到了马谡的身上。
可马谡最终却辜负了诸葛亮的信任，他不听副将王平的苦苦劝谏，将营寨扎到了远离水源的山上。王平无奈，只得请马谡分兵千人给自己，另扎一营，互相呼应。
张郃率兵来到街亭，立即发现了马谡扎营的这一重大问题。下令立即断掉蜀军的水源，然后猛攻蜀军。马谡大败，士卒星散。只有王平鸣鼓自守，以疑兵吓走张郃。然后收拢溃卒，徐徐撤回。
第一次北伐就这样失败了！诸葛亮下令火速退回汉中。唯一的收获就是将天水郡西县的千余家迁进了汉中，以及得到了姜维这一未来的接班人（《三国演义》第95回：诸葛亮在马谡失街亭后，以空城计吓退了司马懿15万大军的追击。但此战其实与司马懿毫无关系，空城计更是虚构）
诸葛亮退回汉中后，立即下令将马谡下斩首。蒋琬劝道“春秋时，楚国杀得臣，晋文公为之心喜。如今天下未定，却要杀马谡这样一个智计之士，岂不可惜”诸葛亮流涕答道“孙武所以能制胜于天下，全赖执法之明。正因天下未定，才要从严治军。若无军法，我拿什么去北伐讨贼”
但诸葛亮在马谡死后，还是亲自为他哭祭，并抚养他的遗孤，恩若平生。
诸葛亮除了杀掉马谡，还杀了李盛，夺了黄袭的兵权，而重用王平。加封王平为参军，统五部兼当营事，进位讨寇将军，封亭侯。
诸葛亮自己则上疏后主刘禅，请求自贬三等。刘禅便下诏将诸葛亮贬为右将军，仍行丞相事。