蜀汉章武三年（223年），蜀汉政权的缔造者刘备去世，临终前将蜀汉政权和自己的儿子刘禅托付给丞相诸葛亮，蜀汉正式进入诸葛亮时代（是为“诸葛治蜀”）。诸葛亮延续刘备的事业，以复兴大汉王朝为最高政治目标，打出“汉贼不两立、王业不偏安”的旗号，积极整顿军备，谋求北伐。
诸葛亮掌权后，修复与东吴的盟友关系，缓解了蜀汉东部边境的压力，并于建兴三年（225年），亲率大军荡平南中（今云南、贵州和四川西南部）叛乱，解决了北伐的后顾之忧。建兴六年（228年），经过多年的准备和经营，诸葛亮亲率10万汉军北伐中原，目标直指曹魏政权的关中地区。当时曹魏在关中的最高军政长官是纨绔将军夏侯楙，再加上诸葛亮的突然北伐，曹魏一时间被打的措手不及，顷刻间陇右的南安、天水和安定三郡归降诸葛亮，仅广魏郡和陇西郡拒不投降，坚持抵抗汉军。
诸葛亮北伐的消息传到洛阳，曹魏朝野震动。魏明帝曹睿亲率魏军驰援关中，并坐镇长安居中调度，曹睿以大将军曹真督军至郿县防御赵云，以张郃率军前往抵抗诸葛亮。曹睿的迅速反应打乱了诸葛亮的部署，再加上广魏郡和陇西郡牵制了大量汉军，特别是参军马谡丢失重镇街亭，导致诸葛亮的后方暴露在魏军面前，形势发生逆转。诸葛亮为避免汉军被魏军围歼，只得率汉军撤回汉中，结束了第一次北伐中原的战事。
诸葛亮第一次北伐中原，主打的就是一个出其不意，也是诸葛亮历次北伐最接近成功的一次，可惜功亏一篑。第一次北伐结束后，曹魏调整战略，开始将蜀汉列为重点防范对象，抽调大量魏军到西北战场，诸葛亮的北伐越来越难了。
而后，诸葛亮又陆续发动4次北伐战争，皆无功而返。但诸葛亮的北伐却极大打击了曹魏，坐拥中原，兵力数倍于蜀汉，仅西北战区魏军就不下20万人。反观蜀汉这厢，总兵力也不过10万人，魏军在人数占绝对优势，又在本土作战，本应该是魏军吊打汉军，实际操作中，却是魏军鲜有胜迹。甚至连曹魏最后的名将张郃也被汉军击杀，迫使后来魏军统帅司马懿只得以龟缩防御，以应对汉军的进攻。由此可见，诸葛亮真奇才也。
234年春，诸葛亮联络东吴共同北伐，曹魏顿时陷入东西两线作战的窘境。四月，诸葛亮率军出斜谷到达郿县，在渭水南岸的五丈原扎下营寨。由于司马懿坚守不战，两军由此进入对峙状态。八月，诸葛亮在五丈原病逝，诸葛亮去世后，汉军全数退回汉中。而后蜀汉调整战略，北伐大业戛然而止。
诸葛亮北伐是大汉最后的希望，诸葛亮仅凭蜀中一隅，十万之众，屡屡打的占尽优势的曹魏损失惨重，上演了一幕小国吊打大国的奇迹。就连诸葛亮的对手司马懿也叹服诸葛亮治戎布阵之才，称赞道：“亮真天下奇才也！”随着诸葛亮的去世，大汉的浪漫主义色彩开始急剧褪色，400年大汉终究是无力回天。