《三国演义》中，诸葛亮六出祁山，与司马懿在战场上斗得不亦乐乎。然而这毕竟是小说家言，真实的历史中，诸葛亮在其历次北伐过程中，与司马懿的正面交锋对决，仅有两次。当然，这不包括诸葛亮死后的一次对决——
、第一次对决
公元年二月，诸葛亮第四次率军攻魏，包围了曹魏部署在祁山地区的贾嗣、魏平部，并用木牛运输粮草，以保障其后勤供给。
当时，曹魏的国家安全形势比较严峻，东南方向要防备东吴，西北方向还要防备鲜卑。而恰恰在此时，主持对蜀汉作战的大司马曹真生病（历史上真实的曹真绝不是三国演义写的那么无能），于是魏明帝曹睿将司马懿从荆州调来，让其坐镇长安，统一指挥张郃、费曜、戴陵、郭淮等部，主持抵御蜀军。对于这次军事行动，魏明帝对司马懿给与了高度信任，称“西方有事，非君莫可付者”（《晋书·宣帝纪》）。司马懿接受重任后，即以主力救援祁山。鉴于当时的军事态势和蜀军特点，司马懿认为蜀军远道而来，粮食有限，于是将此战的战略目标定位为：凭险坚守，不与蜀军主力决战，逼退蜀军就算完成任务。
诸葛亮得知司马懿进军的消息后，留下一部继续进攻祁山，自己则亲自率军迎战司马懿。起初，司马懿部将郭淮、费曜等抄袭诸葛亮，但被诸葛亮击败，蜀军乘机收割了上邽的麦子。随后，魏、蜀两军主力在上邽以东遭遇。
此时，司马懿在初战不利的形势下，立即收兵据险防守，不与诸葛亮交战，诸葛亮只得率军退回。而司马懿也尾随诸葛亮到达卤城。此时，老将张郃建议：“彼远来逆我，请战不得，谓我利不在战，欲以长计制之也。且祁山知大军已在近，人情自固，可止屯于此，分为奇兵，示出其后，不宜进前而不敢逼，坐失民望也。今亮孤军食少，亦行去矣。”（《资治通鉴》）主张分出一支奇兵，包抄诸葛亮的后路，不应该只尾随而不敢追击。
对于张郃的建议，司马懿并不听从，还是继续尾随诸葛亮，追上蜀军后，司马懿还是不与诸葛亮交战，而是选择在山上扎营，继续据险不战。司马懿此举令众将极为不满，甚至说出了“公畏蜀如虎，奈天下笑何！”（《资治通鉴》）的话。
到了这年五月，司马懿派张郃攻击围祁山的蜀军，自己则亲自率中路军与诸葛亮正面对峙，在部将的纷纷要求下，司马懿率军与诸葛亮蜀军正面交战，不料魏军大败，被俘三千人。于是司马懿随即退军保卫大营，继续坚守不出。至当年六月，蜀军后勤补给困难的致命问题再度凸显，全军粮尽，诸葛亮只得退军。司马懿令张郃追击，但张郃在木门被诸葛亮设置的伏兵射杀。
纵观两人的第一次巅峰对决，司马懿战略目标十分明确，就是利用蜀军远道而来、粮草不济的弱点，将其逼退。不过司马懿虽达到了战略目的，但在战术上却没有占到半点便宜。而诸葛亮虽然取得了战术上的胜利，但还是没有解决后勤补给这老大难问题，还是没有达到战略目标，被迫退军。
、第二次对决
诸葛亮退军后，曹魏很多大臣都估计诸葛亮在明年麦熟时还会入侵，建议调运粮草，以备再战。而司马懿并不这么认为，他指出：“亮再出祁山，一攻陈仓，挫衄而反。纵其后出，不复攻城，当求野战，必在陇东，不在西也。亮每以粮少为恨，归必积谷，以吾料之，非三稔不能动矣。”（《晋书·宣帝纪》）
果不出司马懿所料，诸葛亮的再次伐魏筹备了三年。年二月，诸葛亮率领十万大军，出斜谷口，开始了第五次，也是最后一次北伐。这次北代，诸葛亮准备充分，设计了称为“流马”的运输工具，并与孙权约定同时举兵伐魏。面对吴、蜀两国同时举兵，魏明帝一方面自己率军抵御东吴，一方面继续以司马懿主持西线防务，对阵诸葛亮。从曹魏的军事部署来看，魏明帝显然更在乎东吴的军事行动，并要求司马懿沿用上一次的御敌方针，“但坚壁拒守，以挫其锋，彼进不得志，退无与战，久停则粮尽，虏掠无所获，则必走矣。走而追之，以逸待劳，全胜之道也”。（《三国志·魏书·明帝纪》）
公元年四月，诸葛亮大军进至渭河南岸。司马懿也率军渡过渭河，背水立营与蜀军对峙。此时，司马懿对将领们说：“亮若出武功（今陕西武功县），依山而东，诚为可忧；若西上五丈原，诸将无事矣。”（《资治通鉴》）。不出司马懿预料，诸葛亮果然驻军五丈原。
五丈原位于今陕西省宝鸡市岐山县境内，东距西安公里，西距宝鸡公里。五丈原高四十余丈，南北长有七里左右，东西宽约二里，南依秦岭，北傍渭河，东西两面为河流冲的深沟，形势险要，进可攻，退可守。诸葛亮选择在五丈原扎营并在此处搞起了屯田，显然意在持久作战。
那么，司马懿为何害怕诸葛亮出武功呢？从地图上看，武功是曹魏关中地区的交通要道，距离长安很近，诸葛亮若沿着渭河，取道武功，则可直接威胁长安。如果这样，司马懿就不得不与蜀军主力展开决战。这是与司马懿的战略初衷相背离的。而诸葛亮之所以不出武功，是因为出武功要经过渭河与秦岭之间的一条狭长的河谷地带，而司马懿大军又近在咫尺，诸葛亮不愿意冒这个险。这与他第一次北伐不走子午谷如出一辙。从纯军事角度来说，不敢冒险，往往已失战略先机。
诸葛亮屯兵五丈原的同时，还派兵进攻北原。北原位于渭河北岸，若蜀军攻取北原，则将切断长安与陇西的通道，威胁司马懿的后方。
但曹魏雍州刺史郭淮看出了北原的重要性，他对司马懿说：“亮必争北原，宜先据之”，“若亮跨渭登原，连兵北山。隔绝陇道，摇荡民夷，此非国之利也。”很多人对此不以为然，但司马懿很重视这个建议，派郭淮驻防北原。郭淮的营垒还没有筑成，蜀军已到，“淮逆击却之”。
这样，司马懿卡住了诸葛亮的进军路线后，坚决据险不战，迫使诸葛亮不得不在五丈原与魏军对峙。这显然是蜀军最不愿意看到的结果。
同年七月，东吴在东线作战失利，魏军进一步获得战略主动。曹魏群臣认为司马懿与诸葛亮在西线正相持不解，建议明帝西幸长安。但魏明帝则轻松地说：“权走，亮胆破，大军足以制之，吾无忧矣。”此时，魏、蜀两军在五丈原已经相持了一百多天，尽管诸葛亮想尽办法刺激司马懿出战，但司马懿终不为所动。逼得诸葛亮派人送给司马懿一套女人的衣服试图激怒司马懿。司马懿为平息众怒，乃上表请战。心知肚明的魏明帝乃派遣大臣辛毗执持符节支持司马懿坚守不战的策略。诸葛亮得知此事后，无奈地说：“彼本无战情，所以固请战者，以示武于其众耳。将在军，君命有所不受，苟能制吾，岂千里而请战邪！”
到了这年八月，诸葛亮终于积劳成疾，一病不起，殁于军中。从而结束了与司马懿的第二次巅峰对决。
、死后的对决
诸葛亮死后，蜀军秘不发丧，整军后退。司马懿派兵追击，蜀将杨仪返旗鸣鼓，做出回击的样子，司马懿以“穷寇莫追”为名撤退，从而留下了“死诸葛走生仲达”的笑谈。对此，司马懿说：“吾便料生，不便料死也”，并赞诸葛亮“天下奇才也”（《晋书·宣帝纪》）这其中是否有惺惺相惜的意味呢？