诸葛亮第四次北伐，也是首次和司马懿正面交锋，不过这次蜀军大胜张郃也赔了进去。不过有人觉得这次是司马懿故意让蜀军获胜，目的就是为了害死张郃，毕竟张郃之前是曹真的手下也一直不服司马懿，而这次也是司马懿除掉张郃的好机会。其实司马懿还是非常忌惮诸葛亮的，哪怕兵力占据绝对优势也不敢贸然进攻，而诸葛亮就没这么多时间拖了。
在成功抵御曹军的大举入侵后，诸葛亮于蜀汉建兴九年(公元231年)二月发动了第四次北伐之战，除了魏延、高翔、吴班、王平等蜀汉精锐悉数参战之外，又派李严、马忠等人负责大军的粮草供应。北伐大军声势浩大，沿着与第一次北伐几乎相同的路线进入了曹魏西北地区。
在这场仗开打期间，曹魏西北地区出现重大人事变更，大司马曹真病逝，原本负责东南战线的大将军司马懿奉命调往西北指挥战事，这也是司马懿与诸葛亮之间的第一次较量。曹魏大军在此次作战过程的表现非常蹊跷。从战事开始的那一刻起，左将军张郃的意见便与司马懿南辕北辙。尽管司马懿坚持己见，但从增援祁山堡、东撤上邽这一系列部署中发现，他始终落后诸葛亮一步，被牵着鼻子走。
等到诸葛亮再度放弃围攻上邽，率部回撤至西县时，司马懿被彻底迷惑，弄不清诸葛亮的真实意图，虽尾随其后，却不但贸然发动攻势，只好固守营垒，闭门不战，这也是为什么他会被西北重将嗤之为畏敌如虎的原因。作为三国后期罕见的军事天才，司马懿在与诸葛亮的首次交锋中显然还没摸清楚其作战特点和风格，他采用的是最为稳妥的办法。不过，以张郃为首的曹魏众将却认为这是司马懿畏敌的表现，并多次公开表达不满，最终迫使司马懿放弃了自己的立场，屈从众将意见，下令张郃率部进攻王平，自己则与诸葛亮展开决战，诸葛亮的目的终于达到了。
接下来同时进行了祁山与西城的战事，诸葛亮大军均取得了胜利。蜀汉精锐——无当飞军挡住了张郃的疯狂进攻，张郃不但无法策应司马懿，反而被死死拖住。而诸葛亮与司马懿的较量又以前者的完胜而结束。曹军阵亡士兵达三千余人，玄铠损失五千多套，在战场上遗失的角弩三千一百多张。不过，后来发生的事情非常奇怪。蜀汉大军突然后撤，司马懿一反常态下令追击，结果又遭到张郃的反对。这一回司马懿不但态度强硬，还命令由张郃率部追击。最终的结果是张郃在木门地区遭到诸葛亮伏击，这位常年征战西北、令刘备和诸葛亮都非常忌惮的曹魏名将殒命沙场。
从司马懿与诸葛亮的这次交锋来看，司马懿的战术非常谨慎，却在诸葛亮回撤时贸然下令追击，令人非常疑惑其真正动机。究竟是司马懿经验不足、还是借诸葛亮之手除掉张郃以达到自己完全掌控西北曹军的目的，这也成了一个争议不断的话题。