诸葛亮回军卤城，未能彻底破坏上邽麦田，使得这批粮食成了乏粮魏军与其对峙的资本，但是，诸葛亮这一战略动作迫使魏军进入极度缺粮状态，导致司马懿、郭淮等不得不从关中运粮，甚至征取羌胡的粮谷 。

司马懿本人以用兵“侵掠如火”、“兵贵神速”着称，若是真的有较大把握能在野战中击败蜀军，以司马懿的军事指挥风格，司马懿应该是不会采用坚守策略的。

事实上，初来乍到的司马懿也的确采取过进攻态势，但战果不佳。因此，司马懿其后采取防御态势，意味着在本次诸葛亮北伐作战中，蜀汉军队一直处于有利地位，而本场作战的魏军却居于相当不利的地位。

司马懿进军卤城，但却登山掘营，与汉军对峙，不与交战。

张合认为蜀军长途来攻，“孤军食少”，必然想要速战速决。所以应该以大军屯于此处，然后分为奇兵，包抄蜀军，截断其后路。但司马懿没有采纳。

魏军将领数次请战，司马懿都不准，诸将十分不满，便讥笑他，“公畏蜀如虎，奈天下笑何 ! ”

对峙一段时间后，诸葛亮撤出对祁山的包围，将全部军队集中在卤城，司马懿派张合打通了和祁山堡的联络，并命他攻卤城以南的王平，由案中道进逼汉军。自己则率众进攻卤城以北的诸葛亮主力，力图以钳形攻势，击败诸葛亮。

诸葛亮派大将魏延、高翔、吴班分三路领兵作战，大败魏军。斩获魏军的首级三千级，获得战利品玄铠五千、角弩三千一百张。

卤城之战在《汉晋春秋》中有记载，同时，《汉晋春秋》关于卤城之战的记载，和《三国志王平传》的记载相互印证，“九年，亮围祁山，平别守南围。魏大将军司马宣王攻亮，张合攻平，平坚守不动，合不能克”。

六月，诸葛亮眼见粮草接应不上，而又收到后主刘禅下令北伐军撤退的圣旨，诸葛亮只有引军退回。

司马懿命令张合追击汉军，张合认为“围师必阙，归师勿遏”。眼见张合不赞同追击未被打败而主动撤退的汉军，司马懿却强行坚持要张合领兵追击，张合无奈前往追击。最后于木门道，被埋伏于高处的汉军射中右膝，伤重病逝。

第四次北伐之前，诸葛亮派李严督粮草时，怕出问题，于是给他三种选择，叫他便宜行事：“上计断其后道；中计与之持久；下计还住黄土。”

后来，李严怕粮运不济，就派马忠、成藩传喻旨要诸葛亮撤军。

诸葛亮回来后，反而问他，“军粮饶足，何以便归?”

另一方面，李严又向刘禅上表：“军伪退，欲以诱贼与战。”

欺骗刘禅说这是策略，又想推卸责任给岑述。

诸葛亮无需调查此事，直接出示李严之前手书，明显前后不符，李严无话可说，被贬为庶人。

所以，一直等到农历六月，轲比能不见蜀军进发，也不见有谁联络他，诸葛亮反而退回蜀中，知道事情有变，就把沉于石城左右的八万大军撤回六城三地。