建安十六年（公元211年）年底，刘备应益州牧刘璋的邀请率兵进入益州，此次入川的大都为刘备集团在荆州时期所吸收的文武能人，如前文所提到的庞统、黄忠等人，而刘备的嫡系如关羽、张飞、赵云等人大都留守荆州，其目的非常明确：刘备对于荆州大本营的安危是非常看重的，将自己的心腹都留在了荆州，诸葛亮则作为留守荆州大本营的最主要的谋士。
刘备入川，原本的目的并不是如刘璋想象的那样去对付汉中的张鲁，而是与益州本地实力派张松等人密谋夺取益州。因此，刘备入川的一年时间里，始终是在向刘璋要钱、要粮、要兵，同时在益州地区极力扩大自己的影响力，为夺取益州作准备。这也是实现诸葛亮所提出的“跨有荆益”战略的重要步骤之一。因此，诸葛亮在荆州除了继续贯彻由他自己提出的联吴抗曹的既定策略之外，还时时刻刻都在关注着益州的局势。
也就在这个时期，诸葛亮的声名开始在中原及江东地区中流传开。之前对诸葛亮就非常欣赏的孙权经常派遣使者前来通好，进一步稳定双方之间的同盟关系，而远在中原的曹操也听说诸葛亮的声名，派使者送来了鸡舌香五斤给诸葛亮。在汉代，尚书郎“含鸡舌香伏奏事”是一项风雅的宫廷礼仪规定，是在朝为官、面君议政的象征。曹操给诸葛亮送鸡舌香，暗示让诸葛亮口含鸡舌香为朝廷做事。当然，对于曹操的拉拢，诸葛亮丝毫没有理会。在诸葛亮的心中，刘备才是真正的“明君”，帮助刘备实现复兴汉室、一统天下才是诸葛亮最大的愿望。
建安十七年（公元212年），由于张松给刘备的密信让其兄张肃截获并交给刘璋，刘备与刘璋反目成仇，益州争夺战也由此开始了。刘备在斩杀刘璋大将杨怀等人之后，立即派遣黄忠、卓膺率兵南下，向刘璋发动进攻。不久之后，刘备所部就占领了涪县地区，并与刘璋派来的刘璝、冷苞、张任、邓贤等人展开激战。刘璋的军队遭受重大损失，只得退守绵竹。随后奉命增援绵竹的刘璋军队将领李严又率众投降刘备，使得刘备实力大增，得以很快向益州腹地展开攻势，但随后遭到了刘璋的拼死抵抗。刘璋派出刘璝、冷苞、张任死守成都的最后一道防线——雒城，尽管刘备在围攻雒城的战役中俘获了益州名将张任，但并未能够顺利攻陷雒城，双方在雒城地区形成对峙局面。为了加快战争的进程，刘备急忙写信给镇守荆州的诸葛亮，让他火速率军进入益州，两面夹击刘璋。建安十九年（公元214年），诸葛亮率领张飞、赵云兵分两路进入益州。
在诸葛亮的指挥下，张飞沿嘉陵江直扑成都，赵云则溯长江而上，经岷江和沱江往成都方向进发。在两位将军的奋力冲杀下，荆州方向的援军迅速占领了巴西、江阳、德阳、资中等地，与占领了雒城的刘备一起，对成都形成了包围之势。不过令人遗憾的是，刘备集团的另外一名重要谋士庞统却在雒城一役中中箭身亡，这让原本就与庞统沾亲带故的诸葛亮悲痛不已。庞统的死并没有对战局产生丝毫的影响，刘备夺取益州已经指日可待。
不过，军事的占领并没有完全理顺益州内部复杂的社会政治格局，在诸葛亮的建议下，刘备成立了包括法正、诸葛亮、李严、伊籍、刘巴在内的五人委员会，专门负责制定和颁布法令、法规。《蜀科》在这种背景下很快就诞生了。《蜀科》的主要特点就在于严明赏罚，革除刘焉父子时期法纪松弛、不能激励善者、不能惩治恶者的弊端。针对益州地区常年以来一直存在的尖锐矛盾。
一时间反弹之声很快响起。这些人不但在底下议论纷纷，说诸葛亮这是刑法峻急，没有度德量力，而且利用各种关系给诸葛亮施加压力。有些益州的高级官员也开始为他们说话了，带头的是身居扬武将军、蜀郡太守的法正。法正作为这股势力的代表，公开找到诸葛亮，劝说诸葛亮放弃目前实施的法令。法正说：从前高祖刘邦入关，废除了秦朝的严酷法律，约法三章，宽禁省刑，关中的百姓们都非常怀念他的恩德。如果我们刚刚凭借武力占领益州，还没有垂恩于地方，就已经是滥用权威，这样做是不对的。我们应该采取怀柔政策，放宽刑罚和禁令，这样才能安抚他们。
考虑再三，诸葛亮终于决定，以一封公开信的形式向法正及整个益州解释依法治理的迫切性和重要性。这封公开信是这样说的：你只知其一，不知其二。秦朝实行的是暴政，结果逼得老百姓民不聊生，不得不起来造反。高祖刘邦针对这一情况，特意采用了宽刑弛禁的做法，这当然是正确的。而现在益州的情况和当年高祖时代完全不同。自从刘焉统治以来，益州地区就一直是德政不举，威刑不肃，地方豪强也因此放纵，专横跋扈，为所欲为，君臣之道也因此被彻底破坏了。到后来变成了宠爱他们并许以高位，这些人反而不觉得有什么可珍惜的；顺从他们并施以恩惠，他们又变得轻慢无礼。这就使得益州地区出现了非常混乱、无法收拾的局面，也导致了刘璋在益州统治的结束。我们现在采取的方针，就是要重新树立法制的威严。只有在法令、法规得到贯彻和实施的时候，大家才知道什么是恩德。只有这样，上下之间的秩序才会恢复正常。法制的成效，就从这里最能显现出来。
诸葛亮与法正之间的这场争论，很快就引起了刘备的重视。对于诸葛亮的观点，刘备是非常了解并十分赞同的。有了最高领导的支持，诸葛亮也更加放心大胆地去实施各种法律、法规，益州内部的社会秩序也得到了极大的改善。
对于诸葛亮而言，占领益州仅仅是实现“跨有荆益”战略的其中一步，占领由割据势力张鲁占据的汉中地区并将其作为北伐中原的桥头堡才能使得这一战略得到完全的实现，但是就在诸葛亮尽心竭力治理益州的同时，曹操已经抢先在汉中地区动手并收降了汉中，这不但给“跨有荆益”这一战略目标带来了负面影响，同时也给刚刚壮大的刘备集团带来了严重的隐患。此时，刘备集团不得不将注意力放在了汉中地区，一场大战也注定将在汉中地区展开。
对于汉中和它的主人张鲁，诸葛亮并不陌生。早在刘备三顾茅庐的时候，诸葛亮就已经将汉中列为刘备鼎足三分到最后统一华夏的最为重要的基地之一。汉中是个四面环山的盆地。它北至关中要翻过横亘的秦岭；南至蜀中要翻过连绵的大巴山；东至湖北要穿越广袤的鄂豫山区；西至甘肃要越过那里的祁山。无论从关中到蜀中还是从蜀中到关中，汉中都是必经之路。它不但战略位置非常重要，同时也是益州的北大门，对于刘备集团的生存极为重要。就在刘备集团与刘璋展开最后决战的同时，建安十九年（公元214年）曹操也挥军进攻汉中，张鲁的军队溃不成军。
同年的十一月，张鲁就投降了。短短四个月时间，张鲁所盘踞的汉中就被曹操夺取。
曹操占据汉中之后，刘备迅速派遣黄权进攻依附曹操的汉中夷帅、巴东太守朴胡。同时，针对曹操手下将领张郃孤军深入，进入巴西地区掠夺人口的行动，刘备命令巴西太守张飞率领万余精锐应战。黄权的行动异常顺利，他攻破了杜濩、朴胡诸军，收复了三巴地区。而张飞面对张郃这支孤军，也采用了出奇制胜的策略，率领一万多精兵截击敌军，一下子把张郃军截成两段。张郃军首尾不得相救，被打得七零八落。张郃丢掉马匹，进入山中，与手下十多人走小路才得以逃生，然后收拾残部退回南郑。经过宕渠之战，曹军势力退回汉中，三巴地区复归刘备所有。如此一来，曹操对于益州地区的巨大威胁得到了暂时的解除。曹操于同年年底率领大军返回了邺城，只留下夏侯渊、张郃、徐晃等人镇守汉中，一触即发的紧张局面终于得到了缓解。
建安二十二年（公元217年），刘备的大军开始攻击阳平关，同时张飞、马超等人屯兵武都下辨。而曹军主帅夏侯渊则镇守阳平关，并派出大将张郃屯兵广石，同时派遣曹洪进攻下辨，这场战斗从一开始就陷入了胶着的状态之中。同年年底，刘备出兵汉中，直到次年三月仍然没有取得重大的进展，甚至出现三月间曹军大将曹休在下辨地区打败张飞、马超军队的意外情况，大将吴兰也因此阵亡。四月，曹军另外一员名将徐晃又在马鸣阁道打败了大将陈式，十余营的军队损失惨重。不久，双方又在阳平关一带展开激战。为了应付日益吃紧的汉中战事，刘备急命镇守成都的诸葛亮迅速从益州增派援军。为此，诸葛亮特意派人把蜀郡从事杨洪请来商量对策。
杨洪见到诸葛亮之后，立即表明了自己的态度：汉中是益州的咽喉，存亡的关键，如失去汉中，就没有蜀了，这是家门前的祸患，对发兵能有什么疑问？
杨洪的话，坚定了诸葛亮的信心。他火速将益州大部分的留守兵力及新征集到的青壮年新军一并组织起来立刻赶赴汉中前线。同时对于杨洪关键时刻的意见，诸葛亮也非常赏识，在派出援军的同时，诸葛亮还建议刘备任命杨洪担任蜀郡太守，代替目前正在汉中前线辅助刘备作战的原太守法正，以便加强对于蜀郡这块京畿重地的管理。杨洪受诸葛亮的任命担任蜀郡代理太守后，“众事皆办”，把各项事务都办理得井井有条，深得诸葛亮及蜀郡军民的称赞。杨洪上任不久，又向诸葛亮推荐了自己门下的书佐何祗，称他有才干。诸葛亮经过考察后报请刘备，何祗不久被升职为广汉太守。这几件事情之后，益州人士都很佩服诸葛亮，认为诸葛亮能够充分利用当时的人才。
建安二十二年（公元217年）九月，曹操亲自来到长安指挥汉中之战，双方陷入胶着当中。到了第二年的正月，老将黄忠在定军山力斩曹军汉中主将夏侯渊，汉中之战的胜负天平已经向刘备集团倾斜。到了建安二十四年（公元219年）五月，曹操率领所有进攻汉中的军队返回长安，汉中之战终于胜利了。
至此，诸葛亮在“隆中对”中所提出的“跨有荆益”的战略目标已经变成了现实。建安二十四年（公元219年）七月，刘备在汉中自立为汉中王，终于实现了与曹操、孙权这两大集团鼎足三分的局面。
不过，就在如此大好的局面下，刘备集团的根据地——荆州却突然发生重大变故，关羽不但丢失了荆州，而且命丧孙权之手。刘备集团的实力在顷刻之间遭受重大打击，苦心经营多年的孙刘联盟也宣告破灭。
突如其来的变故不但令整个刘备集团陷入一片慌乱之中，就连诸葛亮也始料未及：这一切来得实在是太快、太突然了！
关羽的失败，是汉末三国纷争中蜀汉集团的一个悲剧。它不但改变了三国的政治版图，也使得诸葛亮的战略构思化为泡影。
就在荆州丢失后不久，东三郡地区也传来噩耗：东三郡守将孟达与刘备义子刘封之间发生内讧。孟达在与刘封的争斗中失败，唯恐自己被刘备降罪，带领自己的部下投降了曹魏。并在不久之后反戈一击，带领曹魏大将夏侯尚、徐晃一起进攻刘封所占领的房陵、上庸、西城三郡。
刘封不敌，只得丢掉三郡，率残部逃回成都。刘封兵败回到成都之后，诸葛亮站了出来，极力鼓动刘备杀掉刘封。诸葛亮认为刘封为人刚猛，担心等到刘禅继位的时候无法控制。在诸葛亮的劝说下，刘备最终决定赐死刘封。
三郡的丢失，对于蜀汉政权原定战略的打击是致命的。这三个郡的位置对于蜀汉的战略意义实在是太重大了。此地处于蜀汉的东北边陲，东临襄阳，北靠长安，是汉中的门户，占据此三郡，无论是对曹魏，还是对孙吴，都有一种威慑作用。荆州失守以后，这个地区可以作为进攻的桥头堡和防守的前沿。三郡的丢失，意味着在战略上失掉了由汉中东出、沿沔水而下东击曹魏、威胁孙吴的地理优势。历史影响仅次于失荆州。三郡的丢失使得以后诸葛亮进攻曹魏的道路只存北出汉中一途，在战略上失去了选择。
短短半年时间，刘备集团突然之间从巅峰坠落，这一切不但令诸葛亮痛心疾首，也让刘备寝食难安。如何挽回颓势就成了刘备集团的当务之急。就在这时，从中原地区传来消息，一代奸雄曹操病故。此时刘备集团就面临着两个选择：是趁着曹操新亡的有利时机向中原地区进攻，还是夺回荆州，向孙权集团讨还血债呢？
对于刘备集团下一步的发展方向，无论是刘备还是诸葛亮都没有仓促地作出决定。从失去荆州、东三郡的那一刻开始，刘备集团就在认真地考虑着下一步的行动方案。前文已经提过，关羽丢失荆州的时间是在建安二十四年（公元219年）年底，在此之后不久东三郡也丢失了。第二年正月，曹操病逝，直到这一年的七月，刘备才采取了最终的行动：发兵征讨东吴。在此期间，刘备所做的最重要的举动就是于黄初二年（公元221年）四月在成都称帝，其目的自然是为了扩大自己的政治影响力。
同年七月，刘备正式任命车骑将军领司隶校尉张飞率兵万人由驻地阆中出兵江州，等待自己一起发兵东征东吴。这个时间段大概有一年又八个月，说明了刘备集团内部对于是北伐还是东征做出了一番争论和研究。
从史料中看，反对刘备东征孙权的朝臣只有寥寥数人，这其中以耆将赵云的意见最具代表性。而身为蜀汉第二号人物、已经贵为蜀汉丞相的诸葛亮究竟是什么态度，在史料中却无任何蛛丝马迹。
张飞受命率兵从阆中出发前往江州，准备在与主力会师之后向荆州发动进攻，不料在临行前却被部将张达、范强所杀，其首级也被这二人带到了东吴。刘备以诸葛亮留守成都，赵云屯兵江州作为后援，自己率军御驾亲征，展开了与东吴集团争夺荆州地区的战争。刘备的先头部队进展顺利，于同年的八月打败李异和刘阿并占据秭归，其主力也陆续向秭归方向集结。同时荆州武陵地区的蛮夷各部也纷纷派出使者请求协助刘备夺回荆州。东吴集团则以陆逊为统帅率五万大军进行对抗。战争开始初期，刘备进展非常顺利，在占据秭归之后，又于章武二年（公元222年）正月派出将军吴班、陈式率领水军沿三峡东进并占领荆州长江上游重镇夷陵，镇北将军黄权则奉命屯兵江北地区以保护大军的侧翼，刘备本人亲率主力向夷陵以南的猇亭地区挺进。短短七个月时间里，吴军从巫县、秭归等地后退了近六百多里，一直退到了猇亭地区。刘备占据夷陵之后，面对吴军依险固守的局面一时也没能找到立刻解决问题的办法，于是沿巫峡至夷道一线依山扎营，先后建立了五十多个营寨与东吴军队对峙，从此战争也转入了相持阶段。
两军在猇亭地区对峙数月，天气也转入盛夏时节。由于天气酷热、久战未胜，刘备军队士气逐渐下降、疏于防范。此时陆逊抓住有利时机，火烧刘备绵延数百里的营寨，对刘备大军发动反攻。刘备猝不及防，数百里的营寨陷入一片火海，四十多个营寨很快便被吴军攻破，手下大将张南、冯习、沙摩柯、傅彤先后被杀，杜路、刘宁投降，数万人战死，在长江北岸留守的黄权所部走投无路，只好投降了曹魏。刘备本人也被包围在马鞍山上，最后乘着夜色侥幸突出重围，仓皇逃回白帝城。至此，夷陵之战以刘备的惨败而宣告结束。
在得知刘备兵败夷陵的消息之后，诸葛亮意味深长地说了一句话，此话被记录在《三国志·蜀书·庞统法正传》中，原文是这样的：章武二年，大军败绩，还往白帝。亮叹曰：“法孝直若在，则能制主上，令不东行；就复东行，必不倾危矣。”
诸葛亮的这句话翻译过来大致是这个意思：如果法正还健在的话，他一定能阻止皇上东征；就算皇上发动东征，也不会遭受这样的失败。
从这段话中可以看出，对于刘备的东征，诸葛亮并不是持坚决反对态度的，他认为只要有法正这样的能人在刘备的身边出谋划策，东征是能够取得成功的。经过多年的相处，诸葛亮与刘备之间已经形成了一种高度的默契。对于刘备的作风，诸葛亮非常了解。因此，当刘备决定东征之后，诸葛亮认为这已经是一件不可逆转的事情，所以就极有可能没有对刘备进行劝阻。
刘备兵败夷陵之后，退守白帝城，其生命也走向了尽头，最终于建兴元年（公元223年）病逝。在这近一年的时间里，刘备提拔了益州本土势力的代表人物——李严担任尚书令一职。在刘备病危之际，诸葛亮奉命来到白帝城接受刘备的托孤，这便是著名的“永安托孤”。
建兴元年（公元223年），刘备病逝之后，子刘禅登基即位，后人大都称之为后主。诸葛亮被封为武乡侯，以丞相开府治事，并兼领益州牧。
从此，诸葛亮正式成为蜀汉王朝的首席顾命大臣，全面执掌了蜀汉朝政，蜀汉政权的“诸葛亮时代”开始了。
诸葛亮主政之初，蜀汉政权正值内外交困权甚至还公开支持蜀汉境内的叛乱。这一切，都是诸葛亮主政之初所面临的重大难题。此时，作为汉末三国时期一流的政治家、外交家，诸葛亮展示了其杰出的处理危机的能力和水平。
为了平息蜀汉内乱，诸葛亮一方面积极选用德才兼备的官吏充实到各级机构，达到消除益州豪强对于蜀汉政权态度摇摆的目的；一方面对于司法制度进行了完善，坚决主张厉行法治，绝不宽禁省刑，强调执法严明公正，并将刑法与教化结合在一起，不但使得法令能够得到贯彻实施，同时也让违法之人刑而不怨，迅速平息了一些益州豪强的不满情绪。
为了尽快地恢复国力，诸葛亮亲自对农田水利、工商业、冶炼、盐业都进行了详细的部署，同时加大了蜀锦的生产销售。此外，诸葛亮还兴修水利，保障农业生产的顺利进行。
在诸葛亮的积极努力下，短短数年时间，益州的社会、经济秩序便得到了极大的改善，蜀汉政权也逐渐趋向安定
在稳定内部的同时，诸葛亮于建兴元年（公元223年）九月公开发表《正议》一文，对曹魏集团的劝降进行了义正词严的回击。诸葛亮在信中写道：曹氏如同项羽，虽处中原之地，但不遵从道德标准，最终难逃败亡的命运。而王朗等人就像当初帮助王莽篡汉的陈崇、张竦之流，必将受到历史的惩罚。
当年光武帝只有弱兵数千，却打败了王莽的几十万大军，说明正义之师讨伐邪恶，并不在于人数的多寡。而曹操也曾率几十万大军参与到汉中之战，最后仍被先帝杀得落荒而逃，并最终郁郁而死。
现在曹丕篡夺了帝位，而王朗等人又玩弄苏秦、张仪那种黑白颠倒文过饰非的诡计说辞，也只会徒劳无功。
过去轩辕氏仅凭步卒数万，就已经能够制伏四方，平定海内，更何况我国有数十万之众，并站在正义的立场上去讨伐邪恶呢？所以说，最后的胜利必将是属于我们的。
诸葛亮的这封公开信，是对蜀汉政权未来外交路线的一次公开表态，表明了蜀汉政权将继续贯彻刘备时代所制定的抗曹路线和方针。这也为不久之后孙刘联盟的重新恢复奠定了基础。同年九月，诸葛亮派遣尚书邓芝出使东吴，与孙权达成协议，恢复了破裂数年的孙刘联盟，东吴集团自然也就停止了对益州境内各反叛组织的资助，这对于诸葛亮接下来解决南中地区的叛乱也带来了极大的便利。
在逐渐恢复蜀汉政权的稳定、恢复与东吴之间的同盟关系之后，诸葛亮于建兴三年（公元225年）三月开始发动南征，亲自领兵对南中四郡的叛军进行讨伐。
南中四郡，主要指包括益州、永昌、牂柯、越嶲四郡在内的大片区域，是当时夷、越等少数民族的主要聚居地。早在秦始皇时代，那里就已经被纳入华夏的统治范围，汉武帝也曾在那儿设置郡县，并由巴蜀迁入大量汉民，推动了这一地区的经济、文化发展。该地物产丰富，土地肥沃，手工业也非常发达。但是，由于东汉政府政治腐败，派往南中的地方官员大多贪婪残忍，疯狂掠夺，搜刮民脂民膏无所不用其极，繁杂的赋税再加上沉重的徭役，激起了当地各族民众的强烈反抗，大大小小的动乱就像燎原的星星之火，此起彼伏，民族矛盾异常尖锐。在刘备占领益州之后，曾经派遣荆州南郡人邓方去管理南中地区，邓方死后，又由益州郡的当地人李恢接任。虽然李恢在任期间平息了南中的一些小动乱，但由于其接触面仅限于外围而未能深入到山区内地，因此也无法从根本上缓和该地区数百年来的对抗情绪。刘备死后，益州郡的地方豪强雍闿趁机公开发动叛乱，牂柯郡太守朱褒和越嶲郡的少数民族首领高定也相继成为叛军的主要力量。
针对南中地区位置偏远、地势险要、矛盾由来已久的特点，诸葛亮采纳了手下谋士马谡参军的正确主张，决定以“攻心为上，攻城为下；心战为上，兵战为下”的方针，彻底解决南中地区的叛乱。
在诸葛亮的亲自部署下，南征大军兵分三路向叛军发动进攻。东路以牂柯太守马忠为首，由川南的僰道进入牂柯郡，讨伐朱褒；中路以庲降都督李恢为首，由平夷地区向南，直捣叛军的腹地益州郡，消灭雍闿主力，并完成对雍闿所部的战略包围；西路则由诸葛亮亲自领兵，从成都至安上，会合守将龚禄，由水路直逼越嶲，讨伐最先煽动叛乱的高定，然后从西侧包围益州叛军。三路大军完成各自的任务后，会师滇池，再对残余叛军进行总攻。
同年九月，诸葛亮终于克服了重重困难，成功消灭和收降了南中四郡的叛军，进一步稳定了蜀汉国内的形势，这也为下一步北伐奠定了坚实的基础。接下来诸葛亮要做的，就是重新回到“隆中对”的发展同年九月，诸葛亮终于克服了重重困难，成功消灭和收降了南中四郡的叛军，进一步稳定了蜀汉国内的形势，这也为下一步北伐奠定了坚实的基础。接下来诸葛亮要做的，就是重新回到“隆中对”的发展策略中，组织北伐消灭曹魏集团。就在诸葛亮取得南征胜利并进一步稳定了蜀汉政权内部之后不久，来自曹魏降将李鸿的一席话更是坚定了诸葛亮尽快进行北伐的决心。李鸿告诉诸葛亮：原先投降曹魏的孟达曾经对自己表示了对诸葛亮的钦佩和敬重。这让诸葛亮突然萌发了一个大胆的念头：策反孟达，转移曹魏集团的注意力以保障北伐的成功。于是，诸葛亮立即对孟达展开了一系列的策反工作。
当初法正决定背叛刘璋并与张松密谋迎接刘备入蜀之时，孟达已经是法正的坚定支持者，因此在刘备夺取益州之后，孟达也受到了刘备的礼遇，后来还被任命为宜都太守并担任了夺取东三郡这一战略要地的统帅。可是，自从刘封受命协助孟达之后，孟达的日子一天比一天难过，因为刘封仗着自己是刘备的义子，根本就不把孟达放在眼里，甚至多次公开侮辱孟达，而此后不久，孟达的好友法正因病去世，孟达顿感没有了靠山，对于刘封的欺凌只能忍气吞声。后来又发生了关羽久攻襄樊不下派人前来求援的事件，而刘封以东三郡地区形势复杂为由拒绝了。不久之后关羽兵败被杀，刘备对此大为不满，孟达非常担心刘封会将这一责任推卸给自己，于是在留下了一封给刘备的信件之后投降了曹魏，东三郡地区也因为孟达的投降而丧失了。不过，深知这一事件来龙去脉的诸葛亮并没有因此将孟达留在蜀汉的家小诛杀，而是进行了妥善安排，这也让孟达心存感激之情。
投降曹魏之后，孟达就获得了魏文帝曹丕的青睐，被任命为散骑常侍、建武将军，封平亭侯。曹丕还将房陵、上庸、西城三郡合并为新城，以孟达为新城太守，因此孟达也就摇身一变成为曹魏集团在东三郡地区的最高军政长官。不过，随着魏文帝曹丕的病逝，曹魏集团内部有不少人对于孟达的为人颇有微词，魏兴太守申仪又与孟达不和，时常在背后告状，使得孟达心神不定。因此才有了李鸿所传达的对诸葛亮的感谢之意。
蜀汉国内政局的日益稳定、国力的逐渐恢复，加上与东吴集团重新恢复了联盟关系，这已经让诸葛亮对于北伐中原充满了信心，现在李鸿的一番言论更是坚定了诸葛亮的信念。从南中地区回到成都之后，诸葛亮开始着手对于孟达的策反。
建兴四年（公元226年），诸葛亮先让孟达当年的好友、时任尚书令的李严给孟达写信进行试探，后来又派人给孟达送去了自己的一封亲笔信，正式开启了与孟达之间的接触。诸葛亮在信中向孟达表明：
当年孟达之所以背叛蜀汉朝廷，完全是由于受到了刘封的欺凌所导致。诸葛亮还称赞孟达素有大志，绝对不是那种追求空名虚位而以背叛谋求富贵之人。同时，诸葛亮还表示自己非常怀念与孟达之间当年的友谊。这样一封言简意赅而又充满真情的书信，让孟达看后非常的感动。这样一来，双方之间的书信来往逐渐频繁起来。
在积极策反孟达的同时，诸葛亮治兵讲武，开始为即将开始的北伐进行积极的准备。建兴五年（公元227年）三月，诸葛亮上书后主刘禅，宣告了北伐的开始，这便是著名的《出师表》。诸葛亮在该表中写道：先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢宏志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中俱为一体，陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理，不宜偏私，使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下。愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰能，是以众议举宠为督。愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行陈和睦，优劣得所。亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之信之，则汉室之隆，可计日而待也。
臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。
先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，谘臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙夜忧叹，恐托付不效，以伤先帝之明，故五月渡泸，深入不毛。今南方已定，兵甲已足，当奖率三军，北定中原，庶竭驽钝，攘除奸凶，兴复汉室，还于旧都。此臣所以报先帝，而忠陛下之职分也。
至于斟酌损益，进尽忠言，则攸之、祎、允之任也。愿陛下讬臣以讨贼兴复之效；不效，则治臣之罪，以告先帝之灵。若无兴德之言，则责攸之、祎、允等之慢，以彰其咎。陛下亦宜自谋，以谘诹善道，察纳雅言，深追先帝遗诏。臣不胜受恩感激。
今当远离，临表涕零，不知所言。
诸葛亮在该表中向后主刘禅表明了自己“北定中原”、“复兴汉室”
的理想和必要性，同时也提醒年轻的刘禅“亲贤臣，远小人”，保持蜀汉政权的内部稳定。从《出师表》中也可以看出，诸葛亮对于取得北伐的胜利还是充满信心的。
诸葛亮上表之后，任命张裔为留府长史，与参军蒋琬一起处理丞相府事务，同时让侍中费祎、侍郎董允负责宫中事务，自己则率领大军开赴汉中，完成大战之前的一切准备工作。
不过就在这个时候，原本诸葛亮积极策反的孟达态度出现反复，迟迟不肯公开举兵归顺，这让诸葛亮非常焦虑。而得知孟达与蜀汉进行秘密联系的魏兴太守申仪也在这个时候上表告发孟达，魏明帝曹睿随即派遣时任骠骑大将军、都督荆、豫两州军事的司马懿处理孟达事件。而司马懿在接到曹睿的诏命之后，以迅雷不及掩耳之势发兵新城，干净利落地将孟达斩首，诸葛亮密谋策反孟达夺回东三郡的计划彻底的宣告失败。
至此，诸葛亮除了从北线向曹魏发动进攻之外再无他途。不过，就在诸葛亮与众文武商议进军路线的时候，有人却提出了不同意见，使得这一场尚未开始的大战就充满了种种变数。
