平定南中極大地增加了諸葛亮的個人威望，那些曾經懷疑過他的人也不得不佩服諸葛亮的才能，不僅有文韜，而且有武略。諸葛亮也一直牢記先帝臨終前的囑托，南征歸來後不敢停歇，立即著手加強軍事準備，等待時機發動更大規模的軍事行動。
在諸葛亮早年為劉備制定的戰略規劃中，時機是非常重要的，對於如何北伐曹魏，隆中對策共講了三個要點：一是率益州方面的主力由漢中出關中；二是率荊州方面主力北上直搗宛縣、洛陽；三是等待曹魏內部出現問題。諸葛亮認為，相對弱小的蜀漢要想戰勝曹魏必須同時滿足以上三個條件，只有這樣霸業才能成就、漢室才能復興。本來形勢一片大好，三個條件逐漸成熟，但荊州丟失後情況又發生了變化，有一個重要的條件已經難以實現了。
但這並不意味著統一大業不能成功，只是成功的難度更大了，而時機的作用也格外重要了，所謂「天下有變」，可以是曹魏統治區內發生了大規模叛亂，也可以是曹魏發生了宮廷政變，到那時就可趁亂出擊，事半功倍。
現在曹丕死了，一個毫無政治經驗的新人上位，是不是一次時機呢？這也許還算不上「天下有變」，但已經是難得的機遇了，諸葛亮決心抓住。南中之戰消耗了蜀漢一定的軍力，本應再多等一陣，好好恢復一下國力，但諸葛亮覺得不能坐等，必須抓緊北伐的進程，所以曹丕死後只過了半年左右他就決定行動了。
蜀漢建興五年（227）3月，諸葛亮上表請求出兵伐魏。
這份奏表就是著名的《出師表》，也稱《前出師表》，在這份奏表裡，諸葛亮首先闡述了北伐的動機和意義，他提出北伐是先帝的遺志，是先帝未竟的事業，作為繼承者和後來者必須堅決完成，蜀漢上下，無論文臣武將大家也有這個決心和意志。接著諸葛亮針對後主年輕、主政經驗可能不足提出了一些勸諫，對自己率軍離開成都後的一些具體事項進行了必要的安排，諸葛亮特意談到了「宮中」和「府中」，這是一個敏感問題，涉及「皇權」和「相權」，諸葛亮沒有迴避，作為托孤大臣他沒有因為別人的議論而縮手縮腳、遮遮掩掩，而是正面提出了如何處理好二者的關係。
作為自己離開成都後的重要安排，諸葛亮特別向後主推薦了幾個人，包括政務方面的郭攸之、費禕、董允，軍務方面的向寵，諸葛亮告訴後主遇到問題可以多向他們徵詢意見。諸葛亮請後主要親賢遠佞，他說郭攸之、費禕以及尚書陳震、長史張裔、參軍蔣琬等人都堅貞可靠，是可以信賴的人。最後諸葛亮還表明了自己的心跡，說自己誓將先主遺志完成到底。出師北伐不是平定南中那麼簡單，無疑將要冒著極大的風險，諸葛亮不顧這些堅持勞師遠征，沒有強大的精神力量為支撐是無法辦到的。
諸葛亮的精神力量來自對先帝遺志的繼承，為完成劉備臨終前的囑托，諸葛亮不計個人得失，不辭辛勞、一往無前，作為托孤大臣他深知自己肩上的重擔，除了立志北伐、完成興復漢室的大業外他還不避閒言，用了大量篇幅對後主進行勸諫，曉之以理、動之以情，沒有矯飾、沒有虛偽，忠心可鑒。
雖然只是一篇公文，篇幅也不到700字，但裡面的內容卻很豐富，寫得深沉、誠摯、親切而流暢，既是一篇不可多得的優秀文章，也是諸葛亮政治理想和政治理念的集中表達，深為後世所推崇。在有限的篇幅裡諸葛亮先後十三次提到「先帝」，七次提到「陛下」，「報先帝」「忠陛下」貫穿全文，處處不忘先帝「遺德」「遺詔」，處處為後主著想，期望他成就先帝未竟的大業，沒有華麗的辭藻，沒有深奧的典故，所言既不失臣子的身份，也切合長輩的口吻，平實中見忠貞，平淡中見真情。
孫策死時把年僅18歲的孫權當面托付給張昭，張昭相當於孫吳的「托孤大臣」；劉備死時把劉禪托付給諸葛亮，劉禪那一年也17歲了。論接班時的年齡，劉禪與孫權差不多，但結果就差得太遠了。
孫權接班後迅速控制了局面，不僅外部把事業越搞越大，在內部也很快站住了腳，大權獨攬、說一不二，張昭「托孤大臣」的作用反倒被淡化了，甚至有被孫權排擠出核心權力之外的趨向。劉禪接班後卻成了人們心目中的「傀儡皇帝」，成為諸葛亮的影子，諸葛亮掌握了蜀漢軍政大權，丞相府遠重於皇宮，「府中」的實際影響力遠高於「宮中」。
有人說張昭比諸葛亮老實，人家讓他輔佐他就老老實實去輔佐，沒有別的想法；有人說諸葛亮的野心比張昭大，他利用劉禪的軟弱和無能不斷培植自己的勢力，逐漸把劉禪架空了。
有這些看法很大程度上不瞭解當時的具體情況，在當時情況下，弱國蜀漢需要的是一位強勢領導人，只有在強人的帶領下才能自保和發展，這一點與孫策死時的情況也相同，不同的是劉禪不是強人也無法很快培養成強人而孫權可以，所以兩次托孤才有不同的結果。
諸葛亮用權、集權是事實，但用權不等於篡權、奪權，集權也不等於霸權，權力本身無所謂正當與否，關鍵要看用權力來做什麼。
如果諸葛亮的著眼點只是權力本身，他就不會拿權力來冒險，征南中也就用不著親自去，更不必著急北伐，他甚至在接到曹魏的「勸降」後可以考慮跟他們談談條件，像孫權受領曹魏吳王那樣去領一頂「蜀王」的王冠，既避免勞師遠征的艱辛，又不必擔心失敗帶給個人的風險。諸葛亮沒有這麼做，因為他集權的目的是完成先帝的遺願。
無論征南中還是北伐，都需要傾盡蜀漢全部國力才行，必須上下一心，思想上、行動上保持高度一致，必須形成一個強有力的權力核心，在權力結構上不可能既強化丞相府又保證皇宮的傳統權力，那樣勢必導致兩個核心的出現。
所以「宮中」「府中」必須成為一體，尤其在諸葛亮離開成都後，也必須保證這種格局的穩定，這是北伐成功的最大前提。
蜀漢建興五年（227）3月，諸葛亮率蜀軍主力到達漢中。
這是諸葛亮第一次來到秦嶺與巴山之間的這塊平原，這裡曾是漢高祖劉邦發跡的地方，是漢朝的「龍興之地」，蜀漢以「漢」為國號，這裡也是蜀漢的聖地。當時漢中雖然稱為漢中都督區，但武都郡此時還在曹魏控制之下，都督區所轄主要是漢中一郡，魏延以鎮北將軍、漢中都督兼漢中郡太守的身份在此已駐守了七年。
這些年來，蜀漢的戰事主要集中在東線和南線，北線倒相安無事，這也得益於魏延駐守有功。當年魏延向劉備誇下海口，敵人大軍如果來攻漢中，他不僅「能拒」而且「能吞」，實際上他也做到了，他的做法就是在漢中盆地外圍大量修築堅固的軍事堡壘，派遣重兵分別把守，把敵人拒之門外。
這些堡壘稱為「圍」，漢中被群山所環繞，缺點是沒有戰略縱深，敵人來攻時無法做大範圍的穿插和機動，但優點是利於修築工事以防禦，本地又多土木石料，修築這些堡壘也不太費事。
魏延鎮守漢中以來修建了大量的「圍」，重要的至少有三處。一是陽平關，這是漢中西邊的門戶，自古以來都是叩開漢中大門的鎖鑰，曹操和劉備取漢中都經過此處，張魯在時陽平關已有相當規模，但經過幾場大戰，關隘遭到破壞，魏延對陽平關進行了重新修築和加固。
另一處是黃金戍，此地在漢中盆地的最東邊，與陽平關左右對稱，是漢中東邊的門戶，控制著漢水上的黃金峽。漢中向東就是孟達駐守的新城郡，此時是曹魏的控制區，守住黃金峽可防魏軍溯漢水逆攻漢中。
還有一處是興勢圍，依興勢山而築，位於黃金戍以西，既可作為黃金戍的第二道防線，又可控制秦嶺三大棧道之一的儻駱道，防備敵軍突然從棧道中殺出偷襲，此處要塞最早為魏延所修，後來果然在防備魏軍出擊儻駱道中發揮了重要作用，在此曾發生過著名的興勢之戰。
除了這些大的堡壘，遍佈漢中盆地四周還有許多較小的「圍」，利用這些「圍」所構築的防守體系，魏延實現了他當初的承諾。
魏延當時駐守在南鄭，即今陝西省南鄭縣，這裡是漢中的中心。
諸葛亮到達漢中後卻沒有入駐南鄭，而是將主力屯紮在陽平關、石馬山一帶，讓大軍在此集結休整。
推測起來，諸葛亮帶到漢中來的有十萬人左右，這是戰鬥部隊，除了他們還得調動大批人員負責軍糧等物資的供應運輸。漢中與成都之間隔著巴山，道路崎嶇難行，運輸更是個大問題，為此次北伐諸葛亮組建了龐大的運輸隊伍，除了徵調百姓參與外，還要求官員子弟帶頭參加，其中就包括諸葛亮的養子諸葛喬。
此次北伐前，諸葛亮再派費禕出訪孫吳，除增進雙方友好之外不排除協商雙方聯合軍事行動的可能。諸葛亮進駐漢中後，孫權又繼續派兵襲擾曹魏南線、東線兩個戰場，孫權手下的將領周魴在一次行動中還生擒了曹魏的將領彭綺，這些都讓曹魏不能抽調出太多的兵馬到西線戰場來，孫權的行動確實支援了諸葛亮北伐。
諸葛亮下一步的進攻目標雖然是關中，但位於側翼的涼州地位顯然很重要，所以諸葛亮在漢中做出了一項重要人事安排，任命魏延為涼州刺史，同時兼任丞相司馬。丞相府司馬相當於丞相府裡的長史，它們都類似於秘書長，只是一個掌武、一個掌文。表面上看這是一個奇怪的任命，因為魏延已官至鎮北將軍，品秩介於三公與九卿之間，是大軍區司令，相當於上將軍銜，而丞相司馬的品秩只有千石，又是屬吏，算是個大校吧。上將干了大校的活，所以有人認為諸葛亮把魏延降級了。
其實這是誤解，司馬一職雖然品秩不高但職責很重要，負責協調丞相府裡與軍事有關的所有事務，也可以說是丞相府內所有武職的總牽頭人，是諸葛亮在軍事方面的第一助手，諸葛亮覺得這個崗位只有魏延擔任最合適，這是對魏延的器重和信任。
而且也不存在貶降問題，因為任命魏延為丞相司馬後並沒有免除他鎮北將軍職務的記載，兼任涼州刺史後也沒有免除他原任的漢中郡太守一職，魏延的丞相司馬、涼州刺史都是兼職（領丞相司馬、涼州刺史）。