蜀汉建兴八年（公元230年）秋季，魏军突然改变了过去以防守为主的策略，采取了多路并进、主动进攻蜀境的方针。诸葛亮在得知魏军动向后，及时做好了应对准备，并亲自率领蜀军北上迎战。这一行动标志着诸葛亮第四次出祁山进行北伐作战。

当时，连绵不断的暴雨持续了超过30天，山洪暴发、泥石流横行，导致通往蜀地的栈道断裂，泥泞不堪的山路成为蜀军行进的巨大障碍。军队在艰难的路途中拖延了进度，行军速度缓慢，且许多士兵已经疲惫不堪。由于前方情况更加困难，诸葛亮最终决定暂时撤军，带领大军返回汉中。

第二年（231年）2月，诸葛亮再次出征，命李严留守汉中并负责粮草的调度与供应。诸葛亮亲自率军再度北上，并将作战重点放在魏国的陇右地区。

与前三次北伐不同，这次诸葛亮在战略上有所调整。他决定将军队的进攻基地前移至武都、阴平，并创新性地使用了木牛（一种可在山路上行驶的独轮车）来运送粮草，缓解了后勤补给的难题。

魏明帝曹睿得知蜀军即将围攻祁山后，立即调派大军前来迎战。然而，这时魏国的大司马曹真因重病无法出征，魏明帝急忙召回司马懿来指挥西线战事，并在交代中明确表示：“西方有事，非君莫可付者。”（《三国志》）

司马懿很快从南阳赶回洛阳，接替曹真统领西线战事，并命令张郃、戴陵、费瑶、郭淮等大将前往祁山与蜀军交战。为了加强战力，并有效牵制魏军，诸葛亮还特意召集鲜卑族头领轲比能等人率部前往北地石城，与蜀军远程呼应。

魏明帝曹睿的太和五年（231年）3月，魏国的大司马曹真因病去世，导致魏国军事指挥层的空缺。此时，司马懿完全接管了魏国的军政大权，并决定亲自率兵前往祁山进行营救。他将精兵四千留守上邽（甘肃天水），指挥剩余兵力推进西线。

司马懿的得力大将张郃提议分兵防守雍县、郿县，以便互相支援，但司马懿认为兵力分散会造成危险，容易被敌人各个击破。他警惕地回忆起历史上项羽在楚汉相争时将兵力分散的失败教训，决定集中兵力直接进攻祁山。

当诸葛亮得知魏军增援前来后，他并未选择与魏军正面硬拼，而是采取避实就虚的战术，迅速向上邽推进。魏将郭淮、费瑶等人带领守军出来迎战，但被魏延等蜀军名将击败，魏军只得退回上邽。诸葛亮看到上邽附近麦田已成熟，便命令士兵将麦子收割一空，用以补充军粮。

司马懿得知上邽被围困，决定放弃祁山的防守，急忙率军回援。接着，他在上邽东面遇到蜀军的拦截。面对蜀军的猛烈进攻，司马懿不敢正面交战，命令部队扎营据险而守。通过这一策略，司马懿打算借助地形拖垮蜀军的士气与体力。

面对魏军的坚守，诸葛亮并未轻易放弃，派遣军士多次发起挑战，甚至故意挑逗、羞辱司马懿，以激起其回应。但司马懿始终保持冷静，并严令不许任何部队出战。为了诱敌出战，诸葛亮采取了假装撤退的策略，引导魏军跟随。然而，司马懿始终谨慎，从未追击过急躁的蜀军。

魏军小心翼翼地追击蜀军，直到到达卤城（今安康）。司马懿再次指示部队据险设防，严禁出战。魏军将领们对此产生了不满，纷纷议论司马懿的胆怯，甚至怀疑他害怕蜀军。司马懿面对部下的质疑，感到十分不悦，同时也愈加焦虑。

到了6月，蜀军的粮食即将耗尽，而负责运输粮草的李严因恶劣天气难以顺利完成任务。于是，诸葛亮接到调令，决定撤军。司马懿得知此情后，立刻指挥张郃追击。张郃提议不要急于追击撤退中的蜀军，因为这样容易陷入困境，正如兵法所言：“穷寇莫追”。

然而，司马懿坚信蜀军缺乏粮草，决定追击到底，不顾张郃的劝阻。张郃只得带领部队追赶，当魏军追至木门道时，蜀军早已在地势险要的峡谷中设下埋伏。蜀军箭如雨下，石块滚滚而下，魏军被彻底击溃。张郃在战斗中身受重伤，不久后死于木门道。

诸葛亮成功伏击了魏军，歼灭了张郃率领的部队，顺利撤回汉中。此后，诸葛亮向刘禅上表，因李严未能完成粮草运输的任务，特令其削职为民，并流放至边疆。

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