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曹魏大败于石亭，消息传到汉中，诸葛亮认为这又是一次难得的机会，于是决定第二次北伐。
这段时间诸葛亮一直在汉中厉兵讲武，为继续北伐做着准备。从第一次北伐失败的情况看，兵力不足似乎是一个问题，有人劝诸葛亮增加兵力，诸葛亮不同意：“当初我军无论在祁山还是箕谷，人数都比敌人多，不能破贼反而为贼所破，原因不在于兵少，在于我一个人。如今我想精减兵将，明罚思过，今后能灵活变通。如果不能这样，即使兵多又有什么作用？从今以后，诸位要为国尽忠谋虑，要经常指出我的不当之处，那么大事可成，贼可死，胜利指日可待！”
要增加兵力，就要加大在益州各地征兵的力度，但诸葛亮非常了解益州的实际情况，在人口总量有限的情况下，大量增兵意味着增加百姓的负担，为这次北伐，已经临时对征兵工作进行了调整，在常备军八万名员额的基础上有所增加，如果再增兵，那就超过了国力所能承受的极限。
按照诸葛亮的想法，兵不仅不能再增，还要精减兵员，在数量有限的前提下，把提高部队战斗力的突破口放在加强训练上，以此弥补自己的短板。
诸葛亮考虑到，孙吴在东线战场得手后曹魏上下必然十分紧张，将极大地牵制魏军主力，让他们不敢大量向西线战场增兵，现在再次举兵北伐正是最佳机会。
但是年初刚从陇西败回，不到一年又要北伐，势必会有一些人不理解，为了统一思想、坚定决心，诸葛亮再向后主刘禅上了一份奏表，重申北伐的意义，向后主同时也向蜀汉民众解释又要北伐的原因。
这就是《后出师表》，在这份奏表中诸葛亮首先申明了先帝的遗志，表明不北伐没有出路的道理，否定那种“王业偏安”的思想，认为不征伐曹贼先帝所创建的事业就会丢掉，与其坐着等待灭亡，不如去讨伐敌人。
在这份奏表的最后，诸葛亮还说：“我将小心谨慎地为国家奉献出我的一切，直到死为止。至于事业是成功还是失败，是顺利还是不顺利，那就不是我的智慧所能够预见的了！”
前一份奏表读起来激昂热烈，与之相比后面这一份奏表或许更重说理，因而显得气势不如之前，言语之中也多了许多悲壮。这是因为，首次北伐遇挫对诸葛亮的心理势必产生不小的影响，他更清楚地看到敌我之间力量对比上的差距，所以《后出师表》强调了困难，强调了完成先帝遗志的艰巨性，但是决心未变，理想未变，胜利的信心也未变。
仔细品读《后出师表》，看到的是一个更加真实的诸葛亮。这份奏表中多次谈到曹操一生遭遇过的失败，似乎隐约透露出诸葛亮此时面临的处境，虽然不会有人公开谈论他的过失，但第一次北伐就以失败而告终，他面临着很大的压力。诸葛亮希望大家理解失败是正常的，尤其对手那么强大。
蜀汉建兴六年（228）秋天，诸葛亮第二次北伐。
在路线选择上诸葛亮进行了调整，这一回没有再出陇西，而是兵出大散关，由此直插陈仓，该地即今陕西省宝鸡市，是关中西部的门户，也是关中通往巴蜀的枢纽。
不选择再出祁山至少有三个方面的考虑：一是蜀军在陇西新败，再去那里大家心理上多少会有些障碍；二是陇西各郡降而复叛，曹魏再次收复后亲蜀汉的势力尽被清洗，再去不会得到之前那样的欢迎；三是此次必须抓住战机，趁魏军被其他战场拖住的机会发起突然进攻，出陇西过于迟缓。
本来，秦岭山中有子午道、傥骆道、褒斜道等三条栈道通行，魏延曾建议由子午道北伐，被诸葛亮以太多冒险而否决；傥骆道年久荒废，很难行走；褒斜道倒是一个不错的选择，但几个月前赵云、邓芝经此道撤退时把栈道全烧了，目前还来不及修复。
所以诸葛亮没有太多的选择，只能走大散关。
对手也清楚这一点，曹真重新收复陇西后已经料到诸葛亮再次北伐一定会走陈仓这条路线，所以事先做出了准备，派郝昭、王生守陈仓，加紧修整守城工事。郝昭字伯道，并州刺史部太原郡人，为人雄壮，年轻时就加入军籍，多次立下战功，从部曲督一步一步升为将军，说起来也不是无名小卒。
曹操病逝前后武威郡发生了叛乱，武威郡太守毌丘兴向金城郡太守苏则求援，苏则认为叛军虽然气势很旺，但人心不齐，如乘机进攻，叛军内部必然发生分裂。郝昭当时是金城驻军将领，上面命令他原地驻防，不得西渡，郝昭根据当时的形势做出判断，支持苏太守的建议，违令救援武威郡，结果把叛军打败。
郝昭镇守河西地区十多年，当地汉人和外族都表示顺服。在魏将中郝昭的名气远不如张辽、张郃，很大一个原因是他久在河西地区服役，内地知道他的人并不多，但他绝对是一名出色的职业军人，久在军旅、经验丰富，敢打敢拼，又深得带兵之道，是打仗的一把好手。
郝昭驻防后立即准备守城器具，等待蜀军的到来。
蜀军来了，总兵力接近10万人，而陈仓城里的守军只有1000多人。
按理说城里的人应该望风而逃，因为这个仗根本不用打，也没法打。诸葛亮开始也不想打，他听说一个叫靳详的人跟郝昭是太原郡老乡，关系不错，就派他去劝降。
靳详到了陈仓城外，郝昭站在城楼上对他说：“魏朝的法律先生都熟悉，我的为人先生你也都清楚。我受到的国恩很重，而家族的人口也多，你就别再说了，我只求一死。请回去转达我对诸葛亮的谢意，请他直接来攻城吧！”
说得很实在，靳详只得回来禀报诸葛亮。诸葛亮不想放弃，又让靳详去劝说，告诉郝昭实力无法匹敌，不要做无谓牺牲，郝昭这次对靳详说：“前面已经都说完了，我认识先生，箭却不认识你！”
诸葛亮只得下令攻城，一场最著名的攻防战打响了。
攻城的一方占有绝对优势，势在必得；守城的一方信心十足，誓死守住，仗打得很激烈。在冷兵器时代，主要的攻城方法有三种：一是用云梯、冲车直接进攻，通过云梯往城墙上爬，用冲车撞城门；二是在城外树起高楼，高度超过城墙，站在上面朝城里射箭，使守军所依赖的城墙高度优势丧失；三是往城里挖地道，办法笨一些，但隐蔽性高。
这三招蜀军都用了，却未能奏效。守军用燃着火的箭逆射云梯，云梯着火，梯上的人都被烧死，又用绳拴上石磨砸冲车，冲车被砸折；对树在城外的敌楼，守军通过不断加固城墙的办法抵挡住进攻；对地道，守城的人也挖，他们横向挖，将攻城的地道阻截。
20多天过去了，陈仓城仍未攻破。
一耽搁，曹魏的援军就到了。
这次来的不是曹真，仍然是左将军张郃，本来他已重新归司马懿节制，驻扎在方城，这次魏明帝又调他率部增援陈仓，之所以做出这样的安排，大概曹魏方面还没有完全看清蜀军的意图，担心陈仓是佯攻，所以曹真在长安没有轻举妄动。
张郃第二次成为“救火队队长”，他率3万人马从方城星夜往关中赶，路过洛阳时魏明帝特意在城南设宴为他洗尘，张辽、徐晃、乐进、于进等名将已先后辞世，魏明帝对张郃格外看中。
席间，魏明帝问援军到后诸葛亮会不会撤军，张郃说：“诸葛亮孤军远征，粮草困难，臣料想不等我方援军到达，诸葛亮自己就会撤退。”果然如张郃所料，诸葛亮主动撤军了。
第二次北伐就这样匆匆结束，又是一次劳而无获，唯一的胜利是在回师途中将追击的魏将王双斩杀。
陈仓一战让郝昭成名，魏明帝赐郝昭为列侯，并亲自召见。郝昭到了洛阳，魏明帝对他十分赞赏，召见时朝廷中书令孙资也在场，魏明帝知道郝昭和孙资都是太原郡人，高兴地对孙资说：“你们太原郡有郝将军这样的人才，朕还有何忧愁？”但郝昭不久就因病去世了。
史书上也记载，郝昭临终前对儿子郝凯说：“我为将，深知为将的不易，我几次挖掘别人的坟墓，用棺材板做攻战用具，知道死后厚葬对死者没有用。所以，一定在我死后下葬时用普通的仪式就行了。人啊，活着的时候有处所，死了要那些有什么用呢？把我葬在离本族的墓地远一些的地方，不管东西南北，你自己安排就行了。”
魏明帝对郝昭的死深表痛惜，悲伤之情超过对普遍大臣的礼制，为此饭量较平时减去不少。
陈仓之战，10万人用了20多天没有攻下1000多人防守的一座县城，算是一个败仗了，这成为诸葛亮军事生涯的低谷，有人非议诸葛亮的军事才能常以此为例。
有人认为陈仓之败缘于指挥失误，如清人曾国藩说：“孙权攻合肥，被张辽打败；诸葛亮攻陈仓，被郝昭打败。这都是开始势头太猛，锐气过后而衰竭。”也有人认为陈仓之败缘于攻城的不易，如元人胡三省说：“攻城很困难，守城相对容易。如果评论攻城和守城谁更优，基本上都会倾向于守城的一方，不是能守城的人的才能优于攻城的人，而是由主客位置所决定的，所以从用兵上看，攻城是最难的事。”
“守则不足，攻则有余”是《孙子兵法》里的话，道出了冷兵器时代城池攻防战的艰辛，曹操为这句话作注时也说：“我们之所以要守，是因为能力不够；之所以攻，是因为能力有余。”之前讲到过，袁绍、曹操等人都有面对孤城久攻不下的记录，有的长达数月甚至一年。陈仓虽是汉末的一个县城，但历来是军事重镇，汉灵帝中平五年（188）11月凉州人王国举兵起事，重兵包围陈仓，结果攻打了80多天未破，只得退去。
郝昭驻守陈仓后对城池进行了加固，在陈仓旧城附近新修了一座新城，这座新城建在一块台地上，后倚原麓、前横高岸，依势所筑，地险而城坚。这样的城池20多天打不下也正常，不能因此就否定诸葛亮的军事才能。
而且，对诸葛亮发起此战的意图还有另外一种理解。
从战术上看，3万增援的魏军在张郃率领下驰援陈仓，当时蜀军有10万人，似乎可以一战，但诸葛亮退得很干脆，似乎说明这里面另有隐情。
当看到诸葛亮写给哥哥诸葛瑾的一封信时，似乎找到了这个疑问的答案，这封信容易被大家忽视，因为正史都没有收录，它保存在一部地理志里，诸葛亮在这封信中说：“有一个叫绥阳的山谷，山崖险要，溪水纵横，行军困难。以前侦察兵在一带往来，都走的是险要的小道。现在我命令先头部队砍伐树木，修建道路，以便通往陈仓，足以牵制敌人，让他们不能分兵去进攻孙吴。”
从信的内容看应该写于陈仓攻城战打响前，这封信至少可以说明几点：一是在大战即将拉开帷幕的时候，诸葛亮还在与远在孙吴的哥哥通信，保持着信息上的沟通；二是此次北伐诸葛亮也做了大量准备工作，派出侦察人员前往陈仓一带做过侦察；三是信中特意讲到蜀军的行动可以起到牵制魏军的效果，让他们不能分兵攻打孙吴。
尤其是第三点，透露出蜀军此次军事行动的目的就是配合孙吴，所以大战将至的紧张时刻诸葛亮还有精力给哥哥写家书，因为这不是普通的家书，而是通过哥哥向盟军通报情况的重要信函。
刘备死后吴蜀重新交好，在军事上双方多有配合，诸葛亮第一次北伐期间孙权也出兵牵制了曹魏，这种配合应该是双方面的，既有孙吴配合蜀汉，也应该有蜀汉配合孙吴。
石亭之战发生在曹魏太和二年（228）农历八月，是秋天，诸葛亮第二次北伐也在这一年的秋天，从时间上看两次军事行动是同时酝酿的，周鲂诈降从5月就开始了，因为高度机密，事先不大可能把细节都通报给蜀汉，但可以知会蜀汉方面正在筹划一次大战役，请这边出兵攻打曹魏的西线，减轻孙吴的压力。
诸葛亮接到孙吴方面的请求后就立即行动了，在西线战场发起进攻，不仅牵制了西线战场魏军总指挥曹真，使其不敢乱动，而且调动原属荆州战场的张郃率部回援。
诸葛亮的战略是，如果进军关中顺利，不妨直捣长安；如果不顺利，也能调动魏军主力，配合盟友的行动。后来魏军增援部队赶来了，这时孙吴那边也完成了石亭大捷，诸葛亮也就没有恋战，迅速回防。
所以，对于这次“大败而归”，一向严于律己的诸葛亮没有再次做出反省或自罚。