曹叡对他的看法深以为然，再次命司马懿屯兵宛城备战。

八月，大司马曹休不依计划，迳下皖城深入敌境接应诈降的吴将周鲂，在石亭被陆逊伏击，大败，曹休病死。

太和三年（229年），蜀相诸葛亮第三次出兵攻魏，并占据武都（今甘肃省陇南市武都区）、阴平（今甘肃省文县）二郡。

太和四年（230年），魏明帝曹叡决定兴师伐蜀。

升司马懿任大将军、加大都督、假黄钺，与大司马曹真一起伐蜀。

八月，魏明帝命曹真率主力由长安入子午谷，左将军张合出斜谷，司马懿自荆州溯汉水出西城，将兵分三路会攻汉中。

司马懿从西城开拓道路，水陆并进，沿着沔水逆流而上，直达朐忍，攻克新丰县，驻军丹口，后遇大雨班师。

太和五年（231年）二月，诸葛亮率军第四次北伐魏国，包围祁山贾嗣、魏平部，并以木牛流马运输粮草，曹叡派司马懿西驻长安防御蜀军。

司马懿留部将费曜、戴陵率4000人守邽，自率主力西救祁山。

张合劝司马懿分兵驻扎雍、郿两地，以作大军后镇，司马懿不同意。

进军隃麋。

后来，双方爆发了卤城之战。

此次战役的结果，不同的史书有不同记载。

在《晋书·宣帝纪》中，司马懿大胜蜀军；但在《汉晋春秋》中，诸葛亮力挫魏军。

另外，在《三国志·张合传》中，没有司马懿督张合，也没有写出张合追击的原因，“诏合督诸将西至略阳，亮还保祁山，合追至木门，与亮军交战，飞矢中合右膝，薨。”

；而在《魏略》中则记载是司马懿不听张合的劝阻，强行命令张合追击，“宣王（司马懿）使合追之，合曰：“军法，围城必开出路，归军勿追。”

宣王不听。

合不得已，遂进。

蜀军乘高布伏，弓弩乱发，矢中合髀。”

历史真相究竟如何，尚不能下定论。

青龙元年（233年），安定保塞匈奴大人胡薄居姿职等叛，司马懿派遣胡遵等追讨并破降。

蜀军退军后，军师杜袭、督军薛悌都预计诸葛亮第二年麦熟时还会入侵，建议趁冬天调运粮草，解决陇右粮少问题。

司马懿认为：“诸葛亮两次出祁山，一次攻陈仓，都受挫而返。

即使以后他还会出兵，将不再攻城，而是寻求野战，地点必在陇东，而不会在西侧。

诸葛亮常以粮少为恨，回去后必然广积粮草，我估计没有三年的积蓄，诸葛亮是不会贸然出兵北伐的。”

青龙二年（234年）二月，蜀相诸葛亮率军十万出斜谷伐魏。

四月，诸葛亮至郿县（今陕西省宝鸡市），进驻渭水之南。

司马懿率军渡渭水，背水筑垒阻击。

诸将想在渭北与诸葛亮隔水相持，司马懿说：“百姓积聚的粮秣财物都在渭南，这是必争之地。”

遂渡渭水背水扎营。

当时，司马懿屯兵渭南，郭淮估计诸葛亮一定会争夺北原，主张先去占领北原，郭淮说：“如果诸葛亮跨过渭水登上北原，就可以连兵北山，断绝陇道，震慑我朝臣民和胡人，此乃国家安危之大患。”

很多人不以为然，但司马懿认为如此，让郭淮屯兵北原。

不久，诸葛亮率大军西行，诸将都认为诸葛亮想攻西围。

郭淮则认为，诸葛亮虚张声势是要让魏军大举回应，而他的目标是阳遂。

夜里，蜀军果然进攻阳遂，因城中早有防备，诸葛亮没能成功。

五月，十万吴军攻魏，配合蜀军作战，被满宠所拒。

七月，魏明帝曹叡率兵亲征，吴军撤兵。