后撤，但为时已晚，蜀军骑兵从后方杀来，将魏军冲杀得七零八落。
郭淮拼死突围，带领残余部队逃回司马懿大营。司马懿听闻郭淮败绩，心中暗惊诸葛亮的计谋高明，但他表面不露声色，反而嘉奖郭淮的勇敢，并加强了对蜀军的防御。
诸葛亮见诱敌深入之计初见成效，魏军虽然损失了部分兵力，但主力尚存，且司马懿更加谨慎。他决定进一步扩大战果，再次调整策略。
诸葛亮下令蜀军在夜间秘密返回，于祁山附近的要道设下连环埋伏，并故意放走一些魏军俘虏，让他们带回蜀军 “粮草匮乏，内部不和” 的假消息。
司马懿得到消息后，与司马昭等心腹谋士商议。司马昭年轻气盛，主张全力出击，趁蜀军内部混乱之际，与蜀军决一死战。司马懿权衡利弊，认为蜀军经过连日撤退和内乱，确实有机可乘，于是决定亲率大军，出城迎战蜀军。
魏军主力倾巢而出，直奔蜀军营寨。诸葛亮早已将营寨中的精兵调离，只留下老弱病残把守，做出一副不堪一击的模样。魏军涌入蜀军营寨，发现空无一人，司马懿顿感不妙，但已无法及时收回成命。
此时，蜀军伏兵四起，关羽之子关兴、张飞之子张苞分别率领骑兵从两侧杀出，切断魏军退路。蜀军主力从正面杀来，漫山遍野的蜀军将魏军围困在山谷之中。
司马懿在乱军之中，冷静指挥魏军结成圆阵，依托盾牌抵挡蜀军的攻击，等待救援，同时组织精锐部队试图突围。诸葛亮在高处观望战局，见魏军虽被围困，但仍训练有素，抵抗顽强，便下令蜀军放缓进攻节奏，以弓弩手持续消耗魏军。
司马懿深知如此僵持下去，魏军必败无疑。他趁夜色派出轻骑兵，携带火把和旗帜，在山谷外虚张声势，制造援军即将到来的假象。诸葛亮早已预计到此招，安排部分兵力假装受惊，做出准备迎战援军的样子，实则暗中加固对魏军主力的包围。
数日后，魏军粮草断绝，士兵疲惫不堪，士气低落。司马懿无奈之下，决定突围退回城池。魏军在突围过程中损失惨重，但司马懿凭借其卓越的指挥能力，带领残余部队退回祁山大营。
此役，蜀军通过诱敌深入的计策，重创魏军，歼敌数万，缴获大量军需物资。诸葛亮的威名