连续两次无功而返，诸葛亮痛下决心，全盘检讨自己在战略和战术上运用的得失。
明显地，前两次采取的都是突击战，直攻敌人军事要害。第一次虽然获得相当的成功，但由于深入敌境，补给线不够稳固，在街亭战败后，又有被切断后路之虑，不得不仓促撤军。
第二次因一开始情报判断便有错误，而无法发挥奇兵战术的应有功能。
这两次的失败均在于急于求功。彻底检讨之后，诸葛亮决定采行更务实的方法，先建立进攻的桥头堡，以做搜集情报的中心，缩短战线，使补给不致发生困难，彻底了解敌情后，再作进一步计划。换句话说，诸葛亮有意采取长期战的策略。
前面两次都在于敌方发生剧变，一次是曹丕新逝，另一次是曹休新败，但继承人魏主曹睿表现极佳。在政治上对方已无可乘之隙，现在只有靠己方逐步努力累积的力量了。
建兴七年春天，诸葛亮发动第三次的北伐，这次完全采用近取固本的策略，只要赢取小成绩即可。
进军的目标是祁山之南的武都及阴平，这两个地方都在魏蜀的边界上，虽是军事重镇，却是人迹罕至的地方，离凉州尚有一段距离，即使被攻占了，对曹魏政权来说只是“小皮肤病”而已，应不致有太大的反应。这次的北伐行动，严格来讲，只能算是大赌博中的一场小游戏。
但为了重建两次失败的蜀军士气，诸葛亮仍决定全力以赴。《三国演义》作者夸张这次的战功，描述诸葛亮不但亲自攻陷陈仓，吓死了郝昭，而且在阴平大战司马懿及张郃，取得重大胜利。
这显然是小说家的虚构情节。陈仓和阴平、武都相距数百里，除非坐飞机，否则诸葛亮无法同时处理两边的战局。何况，依史料记载，诸葛亮从未攻陷过陈仓，而且建兴七年的战事中，不要说远在东方的司马懿，连常在西战线的张郃，都未曾到过前线来。诸葛亮所动用的北征大军少之又少，即使经常出任前锋的猛将魏延，这段期间也是留在汉中，重新组训及补足他的大军，并未投入战争。
这次动用的北征军兵力和第二次北伐相同，大约只有两万余兵力。
第一拨，由将军陈式率领（《资治通鉴》上作陈成）由武兴出发，直接攻打武都郡及阴平郡。
第二拨，诸葛亮亲率万余主力部队，暗中西向，随时准备接应陈式。
武都（今甘肃成县）及阴平（今甘肃文县）两郡，当时都属于雍州管辖，因此曹魏的雍州太守郭淮，亲自率军南下，准备狙击陈式的前锋大军。
郭淮字伯济，太原阳曲人。汉中战役时，任夏侯渊大军参谋长，天荡山之战前夕，郭淮重病，未曾参与规划。夏侯渊战死，曹军陷入危急中，郭淮抱病复出，说服大军将领，共同拥立张郃为临时总司令，稳住曹军的士气，也有效地阻断刘备的攻势。因此深得曹操欣赏，赐爵关内侯，迁升为镇西长史。
街亭战役时，郭淮攻占了高详所据守的列柳城，阻断诸葛亮退路，逼得蜀军不得不紧急大撤退，郭淮亦以军功迁升为雍州刺史。
由此可见，郭淮是位智勇双全的将领，并不容易对付。因此，诸葛亮的二拨部署，隐藏主力大军实力，暗中行动，也有他用心之处。
果然郭淮并未发现诸葛亮的主力部队，只全力迎击陈式大军的攻势，双方在武都郡展开数度接触战。
正当郭淮的部队逐渐掌握优势时，诸葛亮的主力军却突然出现在武都西北的建威郡，有可能再出祁山，攻向西县及街亭。郭淮闻讯大惊，没时间详细思考，便下令放弃武都、阴平，即刻退回街亭，重新部署防线。
诸葛亮这次突击行动，不战而吓走郭淮大军。诸葛亮留下陈式大军驻守此地，并对当地少数民族氐、羌做了完善的安抚后，便又收军退回汉中，进行组训军队的工作。从此，武都和阴平正式归入蜀汉政权的版图，并纳入管辖之下。
基于这次成功的战术，后主刘禅立刻下诏，恢复诸葛亮之丞相职位。其诏书内容如下：
街亭战役失败，其实错在马谡，相父却引咎辞职，自请贬为右将军，为了不违背相父自责以明法大义，朕已勉强同意。
但前年，相父再度光耀我汉军荣誉，斩杀魏国名将王双。今年的远征，更逼退郭淮的大军，降服氐、羌族人，光复阴平、武都二郡，威镇四方，功勋显然。
如今天下骚扰未定，罪魁祸首的曹魏政权尚未枭首，相父承受复国大任，是我朝廷最重要的支柱，却长久居于自我委屈的地位，实在不是光扬我军民忠诚爱国精神的好现象。因此，现在便恢复您丞相之职，请勿推辞。
这篇诏书自然事先征求过诸葛亮的同意，因为接获诏书不久，也就是同年的十二月，诸葛亮在南山建立丞相府（四川省南部县），并在汉城（陕西省沔县）和乐城（今陕西省城固县）建立城寨，完全做好长期在前线作战的准备。
但同时，诸葛亮加入刘备军以来仅存的长期战友、蜀汉首席老将赵云病逝。对诸葛亮和后主刘禅而言，这是相当令人伤心的噩耗。
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