六出祁山建兴十一年，已是鬓角班白的诸葛亮(唐国强 饰)又上奏蜀主要六出祁山。诸葛亮往昭烈庙拜谒先主刘备(孙彦军 饰)。立誓此次再出祁山，竭力尽心，一举成功。谁知此时传来关兴病故的噩耗，诸葛亮大哭，昏倒于地。醒后命魏延、姜维为先锋杀出祁山。

司马懿(魏宗万 饰)调夏侯渊(钱玉林 饰)四子，率四十万大军迎战蜀军。诸葛亮揣测司马懿的用兵意图后，决定乘虚攻北原，引司马懿领兵来救，而蜀军却暗取渭滨，乘竹筏顺流而下，放火烧断司马所搭浮桥以攻其后，再引一军去夺占司马的前营。哪知被司马懿一一识破，蜀军大败，死伤万余人。

诸葛亮叹曰：“司马懿老谋深算，处处设防，胜他的确不易，看来，只靠我军恐怕难胜！”乃修书一封命费祎(李弘 饰)前往东吴，面呈孙权(吴晓东 饰)，请其念同盟之义，出兵夹击魏国。孙权允之，吴大帝嘉禾三年夏，吴起兵伐魏。司马懿接到军情急报，心神不安，最终设下郑文诈降计。

诸葛亮识破郑文诈降，迫使郑文修书让司马懿自来劫营。司马懿接书大喜，正欲披挂出行，其子司马师力劝慎之，司马懿采纳师之建议，命秦朗率军先往，自为后应。结果，均中诸葛亮之计，司马懿懊悔自责不已。自此，高挂免战牌，坚守不出，与蜀军在祁山脚下形成僵持局面。

魏蜀两军长期僵持，使远道而来的蜀军粮草接济十分不便，诸葛亮想尽办法引诱司马懿出战不成，便造出木牛流马接运粮草。司马懿闻知此灵便之物非常震惊，便派兵夺得木牛流马，并命营中工匠速速仿造，也用于搬运粮草。不想，又中了诸葛亮之计，魏军所运粮草，尽成了蜀军囊中之物。

司马懿大怒，率兵追杀，却又中了蜀军埋伏，险些丧命。他机警地将头盔弃于林东，自己向林西逃遁，才得以生还。诸葛亮命魏延挑司马懿金盔在魏营前挑战，司马懿任其肆意辱骂，拒不出战。诸葛亮为作长久打算，只好令将士与当地居民一起种田以补军粮。

司马懿虽获知魏主曹睿(王光辉 饰)已大胜吴军的喜讯，但仍坚守不出，亦不理会诸葛亮的祁山屯田，只待冬季大雪封山之时，蜀军不打自退。诸葛亮对此深为忧虑，在明月高悬之时漫步营中，思念先主之志，感慨万千，萌生上方谷火攻一计，欲一举消灭司马懿，以直逼长安，挺进中原。