8月，诸葛亮病笃。在CD的后主刘禅听说后，急忙派尚书仆射李福往前线探病，并谘以国家大计。李福见了诸葛亮，谈论了一番后就告辞离去。可数天后又再返回。诸葛亮道“我已知你去而复返之意”李福问“丞相一旦百年之后，谁可继任”诸葛亮道“蒋琬”“那蒋琬之后呢”“费祎”“费祎之后呢”诸葛亮不答。
诸葛亮临终之前，召见杨仪、费祎、姜维等人“我死之后就撤军。令魏延断后，姜维次之。若魏延不从命，你们也不用管他，大军自发。我自有办法除他”又给后主刘禅上了一道遗表“臣在CD有桑800株，薄田15顷。子弟衣食已无忧。臣死之日，当不使内有余帛，外有赢财。以负陛下”
8月，54岁的诸葛亮病逝于五丈原军中。杨仪秘不发丧，一面组织撤军，一面让费祎去见魏延，探听虚实。
司马懿听说蜀军退兵，便判定诸葛亮应该是死了。急忙率军来追。姜维便让杨仪反旗鸣鼓，主动杀向司马懿，让司马懿误判诸葛亮也许还没死，蜀军的退兵只是诱敌之计？便急忙下令停止追击。杨仪得以从容的退入斜谷，这才为诸葛亮发丧。百姓为此还编出了一句谚语“死诸葛走生仲达(司马懿字仲达)”司马懿听说后自嘲的笑了笑“我能料生，不能料死啊”再下令去追，一直追到赤岸。蜀军已经远去，这才下令撤军。回军途中见到蜀军营垒布置得法，不由叹道“诸葛亮真乃天下奇才也”
陈寿在《三国志》中如此评价诸葛亮“抚百姓，示仪轨，约官职，从权制，开诚心，布公道。尽忠益时者，虽雠必赏，犯治怠慢者，虽亲必罚，服罪输情者，虽重必释，游辞巧饰者，虽轻必戮。善无微而不赏，恶无纤而不贬。庶事精练，物理其本。循名责实，虚伪不齿。终于邦域之内，咸畏而爱之。刑政虽峻而无怨者，以其用心平而劝戒明也。可谓识治之良才，管、萧之亚匹矣”
蜀汉大将魏延勇猛过人，善养士卒。每次诸葛亮出兵北伐，他都要提出自己的“子午谷奇谋”建议由自己率兵万人出子午谷，直接攻打长安，再与诸葛亮在潼关会合，如当年的韩信北伐故事。但一生谨慎的诸葛亮绝不会采用此计。魏延便常常叹恨自己英雄无用武之地。除此之外，魏延还特别讨厌杨仪。杨仪为人干敏，是诸葛亮的好助手。军戎节度，一决于仪。也许正因如此，魏延、杨仪二人才互相看不上对方，势同水火。而诸葛亮北伐又正是用人之际，深惜二人之才，也不忍有所偏废。
但矛盾始终存在。这一点，就连东吴的皇帝孙权也看得很清楚。有一次，他对来出使的费祎说“杨仪、魏延二人，都是有才无德的小人。哪一天若无诸葛亮，他二人必为祸乱。你们就不该防患于未然吗”费祎答道“魏延、杨仪二人不和，是因他们的私人矛盾。他们没有黥布、韩信那样的野心。如今天下未定，也不好对他们弃而不用”
诸葛亮死后，魏延果然就对来探他口风的费祎表现出了强烈不满：1不可因丞相之死而废天下大事，我要留下来继续北伐；2杨仪小儿怎配让我大将魏延来给他断后？还要留下费祎与自己一起联名，遍告诸将。费祎道“丞相临终时把后事托付给杨仪，我们这么做不太好。还是让我回去对杨仪说以厉害。想他不过是一长史文吏，到现在怎么还敢违抗将军呢”魏延被费祎一通忽悠，就放他走了。待醒悟后再去追，为时已晚…
魏延便只能先发制人，抢在杨仪之前退兵。还一边退兵一边烧绝栈道。并上表后主刘禅，称杨仪为叛逆。杨仪当然也上表称魏延为叛逆。一天之中，羽檄交至。刘禅傻了。召董允、蒋琬二人来问。二人皆表示愿以身家性命保杨仪不反但不敢保魏延。
杨仪等人走槎山小路，绕过栈道，昼夜兼行，想赶在魏延之前到达CD。但魏延已先在南谷口阻住去路，杨仪便命何平(王平改姓何)在前开路。王平上前就大喝道“丞相新亡，身尚未寒。你们就要跟着魏延一起造反吗”魏延手下将士一哄而散。魏延仅率心腹数人往汉中逃亡。又被杨仪派马岱追杀。最后魏延被马岱杀死，三族被灭(《三国演义》中，马岱是受诸葛亮临终密计，假投降魏延，乘其不备将其斩首。这是虚构)蒋琬也率宿卫诸营北上，行数十里后，接到杨仪报告说魏延已死，这才又退回CD。
但“魏延谋反”实是蜀汉历史上的一大疑案。至今仍有不少人认为魏延并非真要谋反，只是想除掉杨仪，由自己来接诸葛亮的班。谁知自己人缘太差，众人一致保杨仪而疑他，这才落得身败家亡的悲惨结局。而真正要谋反的反倒是之后被蒋琬取代了自己位置的杨仪。
杨仪率军回到CD，后主刘禅亲自出城迎接。大赦。并按诸葛亮的遗愿将其葬于汉中郡沔阳县的定军山。百姓纷纷要求为诸葛亮立庙祭祀，刘禅一开始并不同意。后来见百姓私祭道旁，屡禁不止，才接受了习隆等人的建议，下令在沔阳立庙，同时取消私祀。
对于诸葛亮的为人，与其同时代的人有张裔这样评价“赏不遗远，罚不阿近。爵不可以无功取，刑不可以贵势免，此贤愚之所以佥忘其身者也”长水校尉廖立自负自己之才仅在诸葛亮之下，却没能