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。
此战，赵云、邓芝二人也兵败箕谷。但由于赵云指挥得当，故没有大损失。但败毕竟是败，赵云也被贬为镇军将军。事后诸葛亮曾问邓芝“街亭兵败，兵将离散。箕谷军退，兵将却不相失。你们是怎么做到的”邓芝答道“赵云亲自断后，步步为营。不但士兵，连军资也没有损失呢”诸葛亮不禁感叹，下令将赵云带回的军资中的绢分赐赵云等将士。但被赵云拒绝“败军之将，有何面目受赐？还是将这些东西都纳入库中，做为十月的冬赐吧”诸葛亮点头称善。
首次北伐失败，有人劝诸葛亮继续发大兵。诸葛亮道“此次北伐，兵多于贼，反被贼所破。原因不在兵少，而在我用错主将。现在应减兵省将，明罚思过，争取将来不再犯错。如若不然，虽兵多何用？从今以后，诸君当远虑为国，勤补吾阙，然后事可定，贼可灭，功业可跷足而待”讲完这番话，诸葛亮下令考微劳，扬壮烈，引咎责躬，厉兵讲武，再作后图。
曹真将天水、南安、安定三郡重新平定之后，留下郝昭驻守扶风郡陈仓县，以防诸葛亮下次出陈仓道北伐。
3月，孙权封17岁的次子孙虑为建昌侯。
4月8日，曹叡返回洛阳，大赦狱中死刑犯以下。16日，曹叡对此次击退诸葛亮北伐论功行赏，给功臣们封爵增邑。
4月，曹叡任命徐邈为凉州刺史。徐邈到任后，务农积谷，立学明训，进善黜恶，与羌胡等少数民族打交道时，不问小过。若犯了大罪，也先告知其部帅所犯之罪，再将犯人斩首。很快，凉州官吏百姓就服其威信，州界肃清。
5月，孙权命鄱阳太守周鲂向曹魏的扬州牧曹休诈降。曹休被骗后，率10万步骑前来与周鲂合攻庐江郡郡治皖县。曹叡得知消息后，也派司马懿攻打南郡江陵县，贾逵攻打濡须坞的东关，三路俱进。
8月，孙权来到皖县。任命陆逊为大都督、假黄钺。朱桓、全琮为左右督，各率三万人进攻曹休。朱桓向孙权进言“曹休没什么本事，不过就是因为姓曹，才坐上了这个位置。此战他必败，而他败走的道路只有两条：夹石、挂车。这两条路都是险峻小路，我们可以1万兵事先埋伏在那儿，曹休可擒。然后乘胜长驱直进，攻下曹魏的扬州州治淮南郡寿春县，占有全部淮南之地。日后有会再进取许都、洛阳。此万世一时，不可失”但因陆逊反对，孙权没有同意朱桓的这一计划。
蒋济、满宠先后上疏，指出曹休此战不利。但为时已晚，曹休与陆逊之间的石亭之战已经开打！吴军三路并进，曹休大败，吴军一路追击到夹石，斩获万余，缴获牛马骡驴车万辆，军资器械无数。贾逵水陆并进二百里后，得到曹休石亭之败的消息，诸将或请求撤军，或请求等待后续部队到达再一起去救曹休。都被贾逵拒绝了，下令兼道进军，多设旗鼓为疑兵。吓退吴军，然后接回曹休败军，供给兵粮。贾逵、曹休二人本来不和，这次曹休兵败，却全赖贾逵以免。兵败后的曹休上书谢罪，魏明帝曹叡因其为曹姓宗室，下令免责。但曹休自觉惭愤，疽发于背。9月，曹休自己将自己活活气死。都督扬州之职由满宠继任。
29日，曹叡立皇子曹穆为繁阳王。
9月，田豫出兵攻打鲜卑郁筑鞬，郁筑鞬的岳父轲比能出兵来救，率三万骑将田豫围困在代郡马城。阎柔之弟、上谷太守阎志素为鲜卑所信，便前往招谕，轲比能解围而去。
10月，曹叡下诏：命公卿、近臣各举荐良将一人。
11月，司徒王朗去世（《三国演义》第93回描写成王朗在阵前被诸葛亮骂的羞愧撞死，这纯属虚构）
曹休兵败的消息传到cd，诸葛亮便准备再次北伐。面对群臣多疑的局面，诸葛亮上《后出师表》(《后出师表》中有一句“然丧赵云…等70余人”但《赵云传》记载赵云是死于次年229年)
12月，诸葛亮出兵武都郡与扶风郡交界的散关，包围陈仓县。但面对郝昭的固守，诸葛亮久攻不克。于是，诸葛亮命郝昭的同乡靳详来到陈仓城外，劝降郝昭。郝昭在城上高声答道“国法和我的为人，卿所深知。我深受国恩，誓死守城。卿可回去告诉诸葛亮，让他要想攻城便可以来攻”诸葛亮听了靳详的回报，哟他再去劝降一次，以利害说之。郝昭大喝道“前言已定，何劳再说！我认识你，但我的箭可不认识你”吓得靳详急忙退回。
诸葛亮这才断了劝降的念头，又自觉自己有兵数万，而陈仓守兵才千余人，诸葛亮便下令强攻。特制云梯、冲车。结果云梯被郝昭以火箭连人带梯全都烧毁。对付冲车，郝昭又以绳穿石，猛力掷下，冲车皆折。诸葛亮再命人运土填城壕，郝昭就在城内再筑起一道重墙。诸葛亮下令挖地道，郝昭就在城内挖横向地道以截之。双方攻防二十余日，诸葛亮始终无计可施。