公元230年7月，秋风萧瑟，曹睿下令大司马曹真和大将军司马懿共同进攻蜀汉。魏国的军事压力越来越大，连年遭遇蜀军袭扰，国力受损，面子也丢尽了。尤其是东线的石亭之战的惨败，使得魏国急需一场胜利来恢复自己的军事威信。为了挽回局面，曹真决定出征，由他亲自率领主力进攻，而司马懿则负责从其他方向进攻，四面夹击，最终合兵一处，重新收复汉中。

魏明帝与大臣们商议对策时，司空陈群提出反对：武皇帝曾经攻打张鲁时，阳平关一带的粮草消耗太快，导致未能彻底打败敌人。如今，褒斜道地形复杂，交通不便，敌人还可能随时出击。再者，粮草难以保障，兵力如果分散，恐怕难以应对蜀军的反扑。他的意见明确——此次攻蜀，得不偿失。然而，曹真非常执着，认为褒斜道不可行就改选子午道。子午道曾被魏延提出过，但当时被丞相否决，因为魏延的子午谷之谋并不被看好。而现在，曹真认为子午道能与汉水对接，可以水路并进，进攻汉中东部更加有利。

到了230年秋，曹真开始实施他精心策划的汉中之战。第一路由他亲自指挥，从长安南出发，进攻子午道，直取汉中的南郑；第二路由张郃率领，从郿县出发，经斜谷进攻汉中；第三路由司马懿带领，沿汉水逆流而上，水陆并进；第四路由郭淮从陇西出发，攻打武都。

曹真这次可谓倾尽了魏国的精锐力量，集结了大约20万大军，魏军最高级别的三位将领全部出马，阵容十分庞大。对于已经有过不愉快经历的司马懿来说，此次被命令溯汉水而上，他并不乐意。走水路逆流而上，战斗力完全不同，汉水急流险滩，只有部分河段通航，魏军得一边行军，一边开路，困难重重。上一次在荆州的失利让曹睿对司马懿颇有微词，但这次形势更加紧迫，司马懿只能硬着头皮执行命令。

面对魏军的四路大军，蜀汉丞相诸葛亮开始执行他的运动战策略，先将汉中地区的主力集结，派兵驻守赤阪，确保子午道南出口的安全。同时，诸葛亮命令李严从江州调兵北上，支援汉中。然而，李严却提出了条件，要求先得到开府的承诺，才能带兵出征。为了顾全大局，诸葛亮答应了他的要求，并任命李严的儿子李丰接任江州都督，李严才带兵北上。李严的举动引起了诸葛亮的不满，甚至有顾问认为李严在搞阴谋，但诸葛亮遵循法治，不贸然行动，错失了铲除李严的机会。

回到汉中战场，曹真率领大军通过子午道进军，然而一路上大雨不断，山洪暴发，栈道被冲毁，士兵们在极端恶劣的条件下艰难前行，行军进度严重滞后。曹真开始感到前景不妙，陈群等大臣纷纷建议他撤军，曹睿听取了意见，于九月下令撤军。与此同时，司马懿率军水陆并进，已经接近赤坂，但撤军命令下来，司马懿只能迅速退兵，蜀汉未能追击。

然而，最为致命的是郭淮的战败，他本该在陇西地区稳守，但却遭遇了蜀汉的猛将魏延。魏延的出击令郭淮措手不及，魏延出奇不意地选择了南安郡，而不是直接追击郭淮，打了一个大意外仗。两军在阳溪展开激战，魏延的蜀军大获全胜，郭淮被迫撤退。这一战不仅是蜀汉第一次在正面战场上胜过魏军，也为魏延赢得了极高的声誉，并让他被提拔为前军师和征西大将军。

曹真此次征伐失败，对魏国军界造成了极大的震动，魏延的胜利成为蜀汉崛起的象征。而曹真则无功而返，魏国的军事威信再次受到挑战。