建兴五年第一次北伐时，诸葛亮四十七岁，当年他的长子诸葛瞻诞生。诸葛亮结婚甚早，老年得子，自然值得珍惜。这件事也显示，此时诸葛亮的健康情形仍相当良好。
隔年春天，街亭战役惨败，结束了第一次北伐的军事行动。
这一年，长老派的丞相府长史张裔去世。由诸葛亮亲信、少壮派的首席参军蒋琬继任长史，并加封为抚军将军。换言之，诸葛亮逐渐能掌握朝政的动向了。
蒋琬果然能彻底贯彻实施诸葛亮的大政方针，处理朝政以“安民为本”，谦让节约，摒除浪费，以求“足食足兵”。诸葛亮每与左右亲信说及蒋琬，都不禁要称赞道：“公琰（蒋琬字）托志忠雅，当与吾共赞王业者也。”
不少人表示，街亭失败，主要罪过在马谡，但箕谷对峙及陇西郡一度降服，显示蜀军已有足够力量对抗曹魏军了。因此建议，应编组更多的兵力，再度北伐攻占凉州。
诸葛亮却不表赞同：
我军在祁山和箕谷时，声势及实力丝毫不亚于曹魏军，但却在紧要关头遭到大败，问题不在作战的将士，而是我做总帅的用人不当，指挥错误所致啊！因此，应检讨的是我自己。从今以后，我决定精简兵力，严明赏罚，彻底改善决策的弱点，重新拟定策略，否则兵再多也没有用。今后，凡忠于国家的人，更应努力发现我的弱点，不用客气地提出建议，大家同心同力，敌人会很快地被消灭，胜利不久就属于我们了。
这段话便是有名的《劝将士勤攻己阙教》，正是诸葛亮为人谦虚、广纳众言的最佳证据。
由此可看出，第一次北伐失败，并没有动摇诸葛亮复兴汉室的决心，反而再接再厉地准备着。对诸葛亮而言，最重要的是下一次的策略。依从前制定的路线进攻凉州是不可能了，接下来必须再想出一个敌人无法料到的通路，这对诸葛亮应该是最困难的。
于是，他一方面奖励有功人员，抚恤阵亡将士家属，一方面励兵讲武，重整军容，准备再一次出发。
诸葛亮退回汉中后不久，曹魏和东吴间发生了一起重大事件。
蜀汉建兴六年五月，吴王孙权为解除东战线的紧迫威胁，决定袭击曹魏扬州太守曹休的武装部队。
曹休字文烈，是曹操的侄儿，十余岁时，集合乡勇数十人，到谯县响应曹操举兵对抗董卓的行动。曹操见了大为高兴，常表示：“此吾家之千里驹也。”待之如己子，并曾让他指挥曹操亲卫部队——虎豹骑，表现非常出色。
汉中之役，曹休便有击败蜀汉名将张飞的记录，一时之间声名大噪。曹丕即帝位后，升任领军将军，封东阳亭侯。夏侯谆去世后，曹休以镇南将军，成为京城防卫的最高行政长官。
孙权遣将屯兵历阳，打算威胁曹魏东战线防务，曹休亲自领军击破之。不久更在洞浦会战中，大败东吴名将吕范的大军，拜为扬州牧，负责东战场第一线防务。
曹睿即位后，曹休又击败东吴大将审德驻屯于皖（安徽省）附近的大军，吴将韩综、翟丹纷纷请降。曹休以军功迁升大司马，仍领扬州牧。
由于曹休声势迅速膨胀，吴国东战线防务遭到空前压力，吕蒙和周泰所建立的防线几乎完全崩溃，使孙权为之头痛不已。
顺应曹休日正当中的气势，孙权暗中指示鄱阳太守周鲂向曹休假投降，引诱曹休军深入吴境，再一举击破。
为执行这一计划，孙权亲自至皖郡监督军事，并将东吴西战线总司令陆逊调往东战线为大都督，指挥这次军事行动，并以朱桓、全琮为左右都督，各指挥三万人，随时准备袭击曹休进入皖地的大军。
因为一切顺利而有点趾高气昂的曹休，自然完全相信周鲂的投降。他立刻亲率十万步骑混合大军，南下皖地接应周鲂，打算一举渡江，袭击东吴的大本营——京城建业。
曹睿接获报告，恐曹休深入敌境有所闪失，特派指挥荆、豫军的司马懿，进军江陵，以为接应，并派遣贾逵攻向东关的濡须口阵地，三路俱进，以减轻曹休面对的压力。
曹休到达皖地后，不见周鲂接应，反而不断受到朱桓及全琮的袭击，便知道中计。但他认为自己拥有较优的兵力，若因而退兵，徒见胆怯，乃决心与吴军进行决战。
朱桓向孙权建议，在夹石、挂车埋伏，袭击曹休，并乘胜长驱北方，进取寿春，直接威胁曹魏许都和洛阳。孙权以之询问陆逊，陆逊认为太冒险，孙权便婉拒朱桓的建议。
由于曹魏军政中心洛阳、许都、邺城都在东战线北方，所以东战线防守的战将，曹休以下，司马懿、贾逵、满宠等都是一时之选、当代俊杰，在智谋和勇略上，优于西战线的曹真、张郃、郭淮及郝昭。朱桓的大胆战术，其实是很难行得通的，陆逊的反对，应在于此。
尚书蒋济上书曹睿表示：“曹休深入敌境，和孙权、陆逊的精兵相对抗，而朱然的大军又紧蹑其后，看来形势相当不利，宜速作准备。”
前将军满宠也上疏表示：“曹休虽然善于用兵，但他一向擅长平野的骑兵战术，今身处江河湖泊多的皖地，易进难退，愈是深入，将愈难以有效防备。”
不久，曹休和陆逊会战于石亭附近，陆逊自己在中路指挥正面交战，令朱桓、全琮由左右翼袭击曹休大军。曹休的步骑混合大军，实在不擅长湖泊地作战，因而被击得大败，退至夹石地区，死伤高达万余人，牛马骡驴车队数万辆被俘，军资器械几乎全部丧失。
贾逵军队进攻濡须口时，发现守军不多，且据险而不出战，便判断东吴一定将军队集结在皖地，曹休如此深入，必遭击败。因此兼程前往支援，未到即接获曹休在石亭会战遭到惨败、目前正退回夹口的情报。
贾逵大军将领认为大势已去，打算迅速退军，以免受到袭击，但贾逵厉言道：“曹休兵败于敌境，退路可能受到阻断，是所谓进不能战、退不能还之苦境。东吴军必全力想歼灭他们，不会注意周围的动静。这时候，我们更应兼程前往支援，出其不意，便是‘先人以夺其心’的战术。如果怕事，曹将军可能会全军覆没的。”
贾逵立刻赶往夹石，并多设旗鼓以为疑兵，东吴军果然不敢逼进，曹休的败军才得以脱险退回北方。
曹休和贾逵一向不睦，两人很少说话，但这次大危机中，贾逵却及时救了曹休和其大军。
曹睿对这次的严重失败并未指责，但曹休自己颇为惭愧内疚，不久即背疽发作，不治去世。曹睿以满宠代之为扬州牧，都督曹休大军。
为弥补东战线溃散的兵力，重行编组曹休遗留下的军队，曹睿由关中地区调回不少部队，因此使西战线出现了防务上的漏洞。
接获此情报后，诸葛亮认为机会又来了。
诸葛亮在八月派出大量情报人员，密切注意曹休和陆逊间的抗争。不久，曹休战败，忧愤而死，诸葛亮知道机会到来，下令积极准备北伐工作。果然立刻传来满宠接替曹休职务、从关中调动大量兵力重新部署东战线的情报。
十一月，诸葛亮调集大量军力于散关，并指向包围（现今陕西省宝鸡县）的军事重镇陈仓。
据说这次出兵之前，诸葛亮又再次向后主上了《出师表》，即后世留传的《后出师表》。
不过这篇《后出师表》，不见于正史《三国志》。裴松之注引《汉晋春秋》中表示，这个书表最早出现在东吴人张俨的《默记》中，因而很多人认为这篇《后出师表》绝非诸葛亮所作，应属他人托名的伪作。但问题是到底什么人会做这样的事呢？
《资治通鉴》的作者司马光认为，后表中“鞠躬尽瘁，死而后已”的说法，最能象征诸葛亮忠贞不贰、至死不渝的精神，因而全文照录，连注解《资治通鉴》的胡三省，在考据时，也未加怀疑，而肯定其为诸葛亮的作品。不过这样的看法，多少是宋元以后，以“忠诚”为主的文人偏见而已。
为了从文体、内容、语气和《前出师表》做具体的比较，以辨识其真伪，特将全文录于下：
先帝虑汉贼不两立，王业不偏安，故托臣以讨贼也。
以先帝之明，量臣之才，固知臣伐贼，才弱敌强也；然不伐贼，王业亦亡，惟坐而待亡，孰与伐之，是故托臣而弗疑也。
臣受命之日，寝不安席，食不甘味，思惟北征，宜先入南，故五月渡泸，深入不毛，并日而食。臣非不自惜也，顾王业不得偏安于蜀都，故冒危难以奉先帝之遗意也，而议者谓为非计。
今贼适疲于西，又务于东，兵法乘劳，此进趋之时也。
谨陈其事如左：
高帝明并日月，谋臣渊深，然涉险被创，危然后安。今陛下未及高帝，谋臣不如良、平，而欲以长计取胜，坐定天下，此臣之未解一也。
刘繇、王朗各据州郡，论安言计，动引圣人，群疑满腹，众难塞胸，今岁不战，明年不征，使孙策坐大，遂并江东，此臣之未解二也。
曹操智计殊绝于人，其用兵也，仿佛孙、吴，然困于南阳，险于乌巢，危于祁连，逼于黎阳，几败北山，殆死潼关，然后伪定一时耳，况臣才弱，而欲以不危而定之，此臣之未解三也。
曹操五攻昌霸不下，四越巢湖不成，任用李服而李服图之，委任夏侯而夏侯败亡，先帝每称操为能，犹有此失，况臣驽下，何能必胜？此臣之未解四也。
自臣到汉中，中间期年耳，然丧赵云、阳群、马玉、阎芝、丁立、白寿、刘郃、邓铜等，及曲长屯将七十余人，突将、无前、賨叟、青羌、散骑、武骑一千余人，此皆数十年之内所纠合四方之精锐，非一州之所有，若复数年，则损三分之二也，当何以图敌？此臣之未解五也。
今民穷兵疲，而事不可息；事不可息则住与行劳费正等，而不及今图之，欲以一州之地与贼持久，此臣之未解六也。
夫难平者，事也，昔先帝败军于楚，当此时，曹操拊手，谓天下已定。然后先帝东连吴、越，西取巴、蜀，举兵北征，夏侯授首，此操之失计而汉事将成也。然后吴更违盟，关羽毁败，秭归蹉跌，曹丕称帝。凡事如是，难可逆见。臣鞠躬尽瘁，死而后已，至于成败利钝，非臣之明所能逆睹也。
这篇《后出师表》在文体和遣词用句的风格上，的确和《前出师表》有很大的差异，两篇看来似乎不是出于同一人的手笔。或许有人认为这两篇《出师表》，可能是诸葛亮口述，而由不同学士写成。但这篇《后出师表》在内容方面，也有令人质疑的地方。
首先，陈寿的《三国志》和萧统的《昭明文选》，都收录《前出师表》，既然同是诸葛亮作品，他们却都未曾收录《后出师表》，或根本不知道有这篇东西。
《前出师表》文体简洁，内容充满自信，但《后出师表》语气显得犹疑，词语中充斥失败的气氛，一点也不像正式上给皇帝书表应有的口气。前后《出师表》只差一年，诸葛亮心态不应有如此巨大转变。或许有人认为街亭战败对诸葛亮打击很大，但从他刚撤兵不久，便发表的《劝将士勤攻己阙教》中看来，仍充满卷土重来的心志。为何不到一年就一蹶不振？何况休养一年后，应更意气风发才对，根本不该反而消沉。仔细揣摩《后出师表》，的确不像诸葛亮的文笔。
更令人怀疑的是其内容上也有不少错误。最严重的是把赵云去世的时间弄错了。赵云是蜀汉的首席长老将领，他有没有死，诸葛亮应很清楚才是。依史料记载，赵云死于建兴七年，而《后出师表》完成于建兴六年冬天，却提及赵云去世之事，这是非常不合理的。身为丞相把一个还活着的将领说成死了，岂不是天大的笑话。
相反的，十一月间，曹魏的兰陵侯王朗去世，《后出师表》中，却把他当成活人般提及，像这种内容上的严重错误是不应该发生的。
大陆作家柳春藩，依考据判断，认为这篇《后出师表》可能出自诸葛亮侄儿、诸葛瑾之子——东吴大将军诸葛恪之手。诸葛恪个性激烈，言过其实，有其叔父和父亲的才华，却无其叔父和父亲之豁达，而且功名心甚强，好大喜功。在他掌握吴国军权后，曾连年北征伐魏，受到东吴大臣及将领们的强烈反对，因此特别写了《征魏论》来反驳不赞成北征的将领。这篇《征魏论》在文体和内容上，与《后出师表》极为相似，确有可能是诸葛恪假借扬名国际的叔父诸葛亮之名，写下此《后出师表》，以和其《征魏论》并列，给他的北伐主张做最有力的支持。
诸葛恪性格强烈，好做悲壮言论，《后出师表》中一再申论知其不可为而为之，鞠躬尽瘁，死而后已的词语，的确相当有可能出自其手笔。
加上这篇文章，首见于东吴人张俨的收藏，柳春藩这样的说法就更有可能了。
总之，大部分的史学家相信，《后出师表》并非出自诸葛亮之手，应属后人的伪作。
陈仓是自古以来兵家必争之地。当年韩信成功地攻入关中，便是从这个地方“明修栈道，暗渡陈仓”。在秦岭山脉中，唯一可容纳较多大军经过的，只有这条管道。加上地势隐蔽性高，“暗渡”的时候较不容易被发现。
另一个特色是，陈仓城腹地很小，容不下太多军队，城外山路崎岖，无法驻扎，故此虽然重要，守军却不能太多，只能在有紧急情况时，再派兵队前来支援，这一点对进攻的一方较为有利。
但陈仓地势险要，易守难攻，即使少数军力，也可以挡得住数倍以上的进攻部队。
陈仓属关中军区管辖，属于曹魏大将军曹真指挥范围。
曹真字子丹，是曹氏第二代最优异的将领。曹真之父曹邵，曾追随曹操起义对抗董卓，因公殉职。因此曹操对其遗孤深为怜爱，视同己出，曹真在曹操刻意的调教下长大。
长大后的曹真，非常喜欢狩猎，有一次随曹操出猎，正好碰上猛虎袭击，大家都各自奔走，只有曹真停了下来，以弓箭瞄准而射之，老虎应声而倒，全队哗然。曹操十分欣赏其猛勇，让他代替曹纯，和曹休共同指挥虎豹骑。此后曹真屡建军功。
夏侯渊在汉中殉职时，曹魏军士气低落，曹操甚忧。曹真志愿为征蜀护军，和徐晃共同击败刘备军，稳定了曹魏阵营的士气。曹丕即帝位后，更以曹真为镇西将军，督雍、凉两州军事，进封东乡侯。黄初三年，升为上军大将军，都督中外诸军事，曾数度击败东吴的北征军，转拜中军大将军，加给事中。
曹丕去世时，特召见曹真，赋与陈群、司马懿共同辅佐重任，并以曹真为首席辅佐大臣。
曹真不但勇猛，而且富谋略，器量大，相当体恤别人。每次征行，都能和将士共劳苦，军赏不足时，常以家财分赐之，因此甚得军心，士卒皆愿为其所用。诸葛亮第一次北伐时，曹真倾大军围堵箕谷，和蜀汉首席大将赵云对峙。曹真作战经验不若赵云，但赵云也占不了任何便宜，最后反而被迫退军。
陇西三郡原都反叛曹魏，曹睿派曹真前往招抚，凉州将士见曹真到，不发一兵一卒立刻反正，可见曹真在军中的声望发挥了最高的效用。
曹真在审视地形后，判断诸葛亮既在祁山失利，下次北上，一定会选择陈仓为攻击目标，因此特别安排智勇双全、忠诚负责的豪将郝昭，负责固守陈仓城。
诸葛亮仍以魏延为前军司令，用数万兵力包围陈仓。陈仓城是利用山形为城墙而建立的，一般的攻城武器对之产生不了任何效力，魏延数度攻城，皆无功而返。
诸葛亮眼见硬的不行，只好用软的。由于陈仓守军只有二三千人，而魏延的攻城部队将近二三万人。曹真由长安来的援军，至少要二十天才能到达。诸葛亮便派郝昭的同乡好友靳祥前往劝降，郝昭却答以：“吾受国恩和曹将军重用，只有死而后已。”严词拒绝之。
诸葛亮无奈下，只好以云梯车，企图强硬登城而上。云梯是长形的登城梯子，前面张有牛皮，这种牛皮浸过火油，坚固异常，普通刀箭无法穿过。
云梯一般是放在冲锋车上，故称为云梯车，冲锋车是由马匹拉动的巨型战车，车前有大铁柱，是击破城门的工具。
当魏延以云梯车展开猛攻时，郝昭也不是省油的灯，他早探知这种附有牛皮的云梯刀箭不入，但由于浸过火油，所以特别怕火，于是命令部下由城墙上射下大量火箭及滚火球，云梯车瞬间便被烧毁。
郝昭更准备绳连石磨，由城门上砸下来，不久，冲锋车完全破损。
由于陈仓城离城外平地甚高，一般弓箭射不上去，诸葛亮乃设计百尺高的井栏，让士兵在上面用弓箭攻击城墙上的防卫士兵。郝昭令士兵躲在掩体内，只要蜀军不攻近城墙，一律不与之对抗，诸葛亮白白浪费数万羽箭，却无可奈何。
诸葛亮下令边放箭，边以土填壕沟，准备强硬攻破城墙，郝昭则下令在城内建筑城墙，使蜀汉大军一点办法也没有。
诸葛亮又下令由城外挖地道，郝昭也下令在城内挖横沟，阻断地道进入城中心，使动用数万兵力的地道工程，同样无法发挥攻城实效。
这样的攻防战，连续进行了二十多天，由于郝昭早就接获曹真命令，有相当周全的准备。因此不论诸葛亮智慧再高，魏延勇气再够，都丝毫奈何不了他。
相反地，这次诸葛亮是由汉中的行营直接出散关攻击陈仓，军队未曾重新编组及补给。因此，准备的粮秣根本不够。依照诸葛亮的估算，陈仓防守兵力不过数千，如果采用突击战，应该三五天内便可攻破。只要占有陈仓，强化北方防务后，再补足粮食也不算晚。否则在前线的编组和补给工作上耽搁太久，必会泄露军机，到时就难以发挥突击的实效了。
想不到曹真早有准备，加上郝昭英勇无比，诸葛亮的数万大军，一时之间束手无策，反而因为兵员过多，每日粮食消耗庞大，才二十天左右，临时补充的粮秣、器械已严重不足了。
加上敌后情报显示，曹真派遣的费曜大军及由曹睿指挥的张郃大军，即将到达陈仓。审视敌我力量之消长，诸葛亮决定暂时撤军返回成都。
这时候，由王双率领的费曜先锋部队己到陈仓城外，听说诸葛亮退兵，王双恃其猛勇，拒绝郝昭的苦劝率军追赶。诸葛亮早已派遣殿后的魏延在散关附近埋伏，王双不察，全军陷入埋伏圈，魏延一声令下，埋伏四起，当场斩杀了王双。
王双为胡族的猛将，身长九尺，力敌万人，是曹真最倚赖的先锋大将，想不到却死在这场己方几乎是全胜的战役中。
斩杀王双成为诸葛亮二次北伐的唯一重大收获。
不过，这次北征行动，规模不大，除了诸葛亮参谋本部也到达前线外，真正动用的只是魏延原先率领的前线大军，且整个大军并未重新编组，严格来讲，只能算是第一次北伐的延续行动。因此，不少史学家不认为这是第二次的北伐行动。
