三年后，孔明又起兵征讨魏国，不料在北原遇到魏军伏击，蜀军大败，折兵过万人。朝臣费祎来见诸葛亮，诸葛亮即修书一封，烦他去交给孙权，请求蜀吴二军联合打击魏国，孙权答应联手消灭魏国。
司马懿派遣偏将郑文向诸葛亮诈降，不料被诸葛亮识破，将计就计，要郑文写一信叫司马懿来劫营，派人扮作郑文的同乡好友给司马懿送信，称郑文已骗取了诸葛亮信任，准备里应外合，助司马懿前来劫营。司马懿不知是计，照信上所说率兵来劫营，结果中了诸葛亮伏击，大败而回，挂起免战牌，坚守不出。
孔明发明制造了很多“木牛流马”，专用于运载粮食。此木牛流马全由木料制成，运粮不费力，自已行走，不须吃草喝水，永不会累倒，不是牛马，胜似牛马，神乎其神。有木牛流马运送粮食，使蜀军如虎添翼。
司马懿得知此消息，既羡慕，又害怕，他所以坚守不出，是希望这样与蜀军对峙，蜀军很快将粮草不继，军中自乱，不战自败。诸葛亮发明了木牛流马，粮草运到就更难对付了！于是慌忙派兵去抢夺木牛流马。他在想既然孔明能造出木牛流马，他司马懿抢夺到样本也能做，利用这些木牛流马。
诸葛亮料到司马懿会这样想，于是故意让他们抢去几个，让司马懿也仿造来运粮。蜀将见司马懿也会造木牛流马，不免担心，问诸葛亮道：“司马懿也能造木牛流马，怎么办？”
诸葛亮笑道：“不必惊慌，他会造，但不会用的，只能为我所用！”
诸将听了恍然大悟，心里更加佩服丞相智慧无穷！
果然，再说司马懿抢夺到几个木牛流马，依样仿制了一批，命大将岑威用木牛流马运粮，路上遭到蜀将王平伏击，杀败魏兵，驱赶木牛流马回蜀营。魏将郭淮闻报木牛流马被劫持，正被驱赶往蜀营。郭淮慌忙率援军追来，夺回木牛流马。
但司马懿没有想到，木牛流马的舌头原来是个开关，扭转舌头便不能动，转过来又能继续行走。魏兵不知此秘密，蜀兵见敌军援兵赶来，扭转木牛流马的舌头，然后再躲起来。魏兵驱动不了木牛流马，粮食又搬不走，蜀军又打了过来，他们都扮作神兵神将的模样，魏兵眼睁睁看着蜀军夺去木牛流马和粮食，无可奈何。
且说司马懿惦记着那批粮食，亲自率军增援，岂料路上又中了蜀军伏击，张翼、廖化大败魏兵，司马懿落荒而逃，头上的金盔掉了，被廖化拾去记了头功。这一仗蜀军截获了魏军粮食万余石，打得司马懿胆颤心惊，挂起免战牌，更加坚守不出。
再说孙权兵分三路攻打魏国，不料被魏军挫败。吴军出师不利，只好撤兵回国，败兴而归。
诸葛亮见司马懿固守，不宜强攻，也只好号令将士开荒种田，发展生产，养精蓄锐，打持久战。
司马懿闲来无事，对孔明所造的木牛流马耿耿于怀，他想不明白那木牛流马蜀兵能用，何故魏兵用就不听话呢？于是他请来木匠一起研究是什么原因，终于搞清楚原来是有开关的！于是他进行改进，造了一批不带开关的木牛流马，他感到很满意。
诸葛亮造木牛流马的秘笈、方法、图解等，都被诸葛亮记入兵书。云：
一、造木牛之法：方腹曲头，一脚四足；头入领中，舌着于腹。载多而行少：独行者数十里，群行者二十里。曲者为头，双者为牛脚，横者为牛领，转者为牛足，覆者为牛背，方者为牛腹，垂者为牛舌，曲者为牛肋，刻者为牛齿，立者为牛角，细者为牛鞅，摄者为牛鞦轴。牛仰双辕，人行六尺，牛行四步。每牛载十人所食一月之粮，人不大劳，牛不饮食。
二、造流马之法：肋长三尺五寸，广三寸，厚二寸二分：左右同。前轴孔分墨去头四寸，径中二寸。前脚孔分墨二寸，去前轴孔四寸五分，广一寸。前杠孔去前脚孔分墨二寸七分，孔长二寸，广一寸。后轴孔去前杠分墨一尺五分，大小与前同。后脚孔分墨去后轴孔三寸五分，大小与前同。后杠孔去后脚孔分墨二寸七分，后载克去后杠孔分墨四寸五分。前杠长一尺八寸，广二寸，厚一寸五分。后杠与等。板方囊二枚，厚八分，长二尺七寸，高一尺六寸五分，广一尺六寸：每枚受米二斛三斗。从上杠孔去肋下七寸：前后同。…………
以上木牛流马制造方法见载于《三国演义》，在此省略了部分。据说有人依照其法仿造，也真造出了木牛流马，非常神奇。
且说魏兵见诸葛亮积蓄粮草准备打持久战，无不惊恐，纷纷要求司马懿早与诸葛亮决战为宜，勿使蜀军形成气候，更难打赢。司马懿很狡猾，劝慰诸将稍安勿躁，别上了诸葛亮的当，他说他自有主张。
诸葛亮不时派遣将领向魏军搦战，还亮出缴获的司马懿的金盔羞辱他们，但司马懿只是不理会，坚守阵营。
一日，诸葛亮发现有个山谷，名曰上方谷，因地形象个葫芦，又称“葫芦谷”，是伏击敌军的极佳地方。于是他派兵在上方谷埋上地雷火药等等，计划引诱司马懿进上方谷，将魏军消灭。
诸葛亮见司马懿被吓怕了，不敢出战，于是常常大模大样地在魏兵眼皮底下运送粮食。魏将见蜀军运粮的人马少，纷纷要求趁机拦截粮食，最初司马懿不允许，被诸将要求了多次，于是他命夏侯惠、夏侯和兄弟上阵，去抢蜀军粮食看如何，二将很快打败蜀军，很容易抢夺了粮食！司马懿大喜，于是见蜀军运粮便率兵来枪夺，屡屡得手。
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