太和四年（0），曹魏以大司马曹真为首，包括大将军司马懿等人率领数路大军出击，攻取汉中，讨伐诸葛亮，然而这一战却无疾而终，曹真赶了一个月的路都没能看见诸葛亮就被迫退军了。
而在蜀汉方面，诸葛亮派魏延、吴懿等人再次北伐，并且击败魏军的了郭淮、费曜等人，这也是诸葛亮时代蜀汉第四次北伐，其中诸葛亮本人并没有亲自北上。
【曹真来袭】
历史上曹真出兵方向从曹魏方面记载来看，应该是从子午谷讨伐汉中，不过在《蜀志》里有其他的记载，和《魏志》并不一致。
八年秋，魏使司马懿由西城，张郃由子午，曹真由斜谷。欲攻汉中。——《三国志·后主传》
真以八月发长安，从子午道南入。司马宣王溯汉水，当会南郑。诸军或从斜谷道，或从武威入。——《三国志·曹真传》
《蜀志》支持曹真从斜谷路线讨伐汉中，曹魏分三路大军讨伐，分别由曹真、司马懿、张郃率领。而《魏志》认为曹真是从子午谷出兵，曹真率领一路，司马懿率领一路，其他将领分别从斜谷道，或者从武威出兵讨伐诸葛亮，也就是曹魏至少分兵四路讨伐。至于当时情况具体什么样，目前已经不好确认了。
不过有一很明确，曹真这次出兵，规模是很大的，军事最高统帅曹真和司马懿均亲自出马，曹魏集团可以是倾囊而出。
在蜀汉方面，诸葛亮早在建兴七年（9）冬，也就是第三次北伐后成功不久，曹真还没有回到洛阳之前，诸葛亮就开始迁府营至南山下的平原，建筑汉、乐二城，加强汉中防守。这也表示诸葛亮很可能早已经预料到了曹魏可能的反击，并且做出了相应的防范措施。
得知曹魏大规模出兵后，诸葛亮一方面立即加强城固、赤阪等要地的防守，另一方面表李严子李丰为江州都督，防卫后方，要求李严率二万人赶赴汉中阻击敌人，请求支援。
【被迫退兵】
因为各种原因，曹魏虽然多路讨伐汉中，但实际上双方交锋的次数并不多，记载比较明确的只有曹魏先锋夏侯霸那一路。
据《魏略》记载，因为夏侯霸的父亲夏侯渊为蜀汉所击杀，所以夏侯霸常常咬牙切齿，立志要为父亲夏侯渊报仇雪恨。当时曹魏一路大军从子午谷出发，以夏侯霸为先锋。夏侯霸率军前进至兴势围（地名）。当夏侯霸安营扎寨在曲谷中，蜀汉在得知魏国先锋是夏侯霸很快派兵对其进攻。夏侯霸第一次**作战就不利，幸好夏侯霸还有几分镇定，亲赴鹿角前指挥，积极防御从而等到援军到来，并最终解围。
曹真率领大军出兵后，因汉中艰险，会逢雨季，栈道遭雨水冲刷断绝，曹真用了一个月，才走了一半路程，朝中大臣陈群、华歆、杨阜以及王肃等都上疏劝魏明帝下诏撤军，至九月，曹真只得受诏撤退，司马懿自西城凿山开道，水陆并进，沿沔水而上，到达朐月忍，打下新丰县。大军屯驻丹口，也遇雨回师。其他将领也陆续撤退，此次军事行动就这样无果而终。
当时曹魏集团内部反对曹真继续作战的声音一浪高过一浪。不仅早先就劝阻曹真出兵的司空陈群再次上书以为应宜诏曹真还师，少府杨阜、太尉华歆（注1）等人也上疏反对继续北伐，明帝曹睿看到曹真停滞，认为大势已去，遂放弃了继续作战的计划，诏令曹真等人回朝。
当时朝廷内部之所以会掀起如此之大的反对浪潮，一方面是因为曹真大军遭遇大雨无法继续前行，前途不明。另一方面主要和曹真这次出兵独断专行有关系，毕竟曹真出兵一开始并没有得到朝廷内部的认可，本质上是曹真私自出兵的，如果曹真作战顺利还好，一旦出了问题，就很容易遭遇反弹了。
【蜀汉的反击】
诸葛亮面对曹魏大举来袭，一方面积极准备防御，一方面令魏延等人主动出击，大破敌军雍州刺史郭淮和后将军费曜。
建兴八年（0），诸葛亮派魏延率一支偏师西入羌中、攻击曹魏雍凉地区，魏延率领军队行至阳溪一带，遇到曹魏后将军费曜、雍州刺史郭淮的大军，两军会战，魏延大破费瑶和郭淮。获得大胜的魏延也因此被提拔为前军师、征西大将军，而且授予假节，进封为南郑侯。
当时吴懿也随军出征，进入魏国南安郡内，击破魏将费曜。吴懿因功受封徙亭侯，进封高阳乡侯，并升任左将军。
不过这次作战蜀汉并没有得到领地的记载，虽然击败了魏军，但未能扩张自身的领土。
因为现在资料的缺失，并不能确定魏延等人出兵的具体时间，所以魏延等人有可能是在曹真等人退兵之后才出兵的。
【落幕】
自此诸葛亮时期蜀汉和曹魏的第四次交锋告一段落，以蜀汉的大获全胜而告终，这次对决，曹魏方面多路出兵基本无功而返，曹真所率领的主力部队更是基本连战场都没有摸到就被迫退兵，而蜀汉军队不仅力挫了曹军先锋夏侯霸，还主动出击击败了曹魏后将军费曜和雍州刺史郭淮，取得了作战的胜利。
但这一次作战曹魏虽然败退，却也没有伤筋动骨，主力部队基本保存完好，所以诸葛亮并没能借此胜利扭转对抗曹魏的僵持局面。
历史上曹真此战失利，首先是因为天时不利，曹真出兵后可以基本大雨连绵，他的部队连前进都成问题，战斗还没开始，就已经结束了。不过这一也可以是因为曹真选择的时间不对，像诸葛亮历次北伐，除了第二次因为意外情况和这次为了反击曹魏，基本都是在春季出兵的，从未在秋季发动作战，这实话是曹真本人的责任。
其次，是因为诸葛亮提前已经有所准备，而曹魏内部争议不休，大军因为雨季部队迟缓，所以造成了魏军没来，蜀军已经等待良久，曹真没有先机。
最后，汉中地理条件优越，易守难攻，无论是从子午道还是走斜谷道，都不好走。
注1：后迁少府。是时大司马曹真伐蜀，遇雨不进。阜上疏曰：“昔文王有赤乌之符，而犹日昃不暇食；武王白鱼入舟，君臣变色。而动得吉瑞，犹尚忧惧，况有灾异而不战竦者哉？今吴、蜀未平，而天屡降变，陛下宜深有以专精应答，侧席而坐，思示远以德，绥迩以俭。间者诸军始进，便有天雨之患，稽阂山险，以积日矣。转运之劳，担负之苦，所费以多，若有不继，必违本图。传曰：‘见可而进，知难而退，军之善政也。’徒使六军困於山谷之间，进无所略，退又不得，非主兵之道也。武王还师，殷卒以亡，知天期也。今年凶民饥，宜发明诏损膳减服，技巧珍玩之物，皆可罢之。昔邵信臣为少府於无事之世，而奏罢浮食；今者军用不足，益宜节度。”帝即召诸军还。
太和中，遣曹真从子午道伐蜀，车驾东幸许昌。歆上疏曰：“兵乱以来，过逾二纪。大魏承天受命，陛下以圣德当成康之隆，宜弘一代之治，绍三王之迹。虽有二贼负险延命，苟圣化日跻，远人怀德，将襁负而至。夫兵不得已而用之，故戢而时动。臣诚原陛下先留心於治道，以征伐为后事。且千里运粮，非用兵之利；越险深入，无独克之功。如闻今年徵役，颇失农桑之业。为国者以民为基，民以衣食为本。使中国无饥寒之患，百姓无离土之心，则天下幸甚，二贼之衅，可坐而待也。臣备位宰相，老病日笃，犬马之命将尽，恐不复奉望銮盖，不敢不竭臣子之怀，唯陛下裁察！”帝报曰：“君深虑国计，朕甚嘉之。贼凭恃山川，二祖劳於前世，犹不克平，朕岂敢自多，谓必灭之哉！诸将以为不一探取，无由自弊，是以观兵以闚其衅。若天时未至，周武还师，乃前事之鉴，朕敬不忘所戒。”时秋大雨，诏真引军还。