司馬懿為魏明帝提出的作戰方案涉及東線和中線兩大戰場，東關在東線，夏口在中線，所以他提出這樣的建議並不算越權。
在曹魏三大戰場中，司馬懿是中線戰場的總指揮，東線戰場的總指揮是曹休，而西線戰場一向由曹真負責，只是曹休此時並不在長安，他已被任命為大將軍，留在洛陽協助魏明帝處理軍務，在長安坐鎮的是曹魏安西將軍、都督雍涼諸軍事夏侯楙。
夏侯楙是夏侯惇的兒子，他的妻子是曹操的清河公主，清河公主是曹操的大女兒，與曹操的長子曹昂都是劉夫人所生，從年齡上看她比曹丕可能還要大，所以夏侯楙應該是曹丕的姐夫，曹叡得叫姑父。
曹丕跟夏侯楙從小一起長大，二人關係很好，曹丕繼位時就任命夏侯楙為安西將軍，但夏侯楙沒什麼軍事才幹，對養生卻很有研究，而且他比較好色，身邊養了很多伎妾，清河公主因此與他感情不和。
草包誤大事，但這是父皇生前的安排，又是自己的長輩，所以魏明帝一直沒有變動夏侯楙的職務，這無疑成了曹魏陣營比較薄弱的一環。魏延看到了這種情況，向諸葛亮提出了一個大膽的作戰方案：「曹魏在長安的守將是夏侯楙，是曹家的女婿，此人怯而無謀。現在給我5000精兵，再派5000人專門負責運糧食，由褒中出發，沿秦嶺向東，走子午道北行，不用十天就可以到達長安。夏侯楙聽說我突然殺到，必然乘船而逃。夏侯楙一走，長安只剩下御史、京兆尹這些官員，長安附近有橫門邸閣的糧倉，加上百姓手中的散糧，足可以供人馬食用，曹魏關外人馬聚合好殺到長安，最少得20天，而丞相您率領大軍從斜谷出來，絕對能趕到，這樣就可以一舉拿下咸陽以西的地盤！」
魏延的這個作戰方案，就是歷史上有名的「子午谷計劃」。
子午谷就是子午道，是漢中與漢中之間的三條著名棧道之一。這三條棧道中最東邊的就是子午道，與長安直線距離較近，出北面的午口即是關中平原，長安就在眼前，但此道最險；西邊還有一條叫褒斜道，出南面的斜口之後是郿縣，即董卓當年築郿塢之處，此道路途較遠，但路況相對較好。子午道和褒斜道之間還有一條儻駱道，因南口稱儻、北口稱駱而得名，此道幾乎荒廢，無法通行。
魏延的計劃是由子午道和褒斜道同時出擊，先在褒斜道佯攻，吸引和迷惑對手，然後把主攻方向放在子午道，出其不意拿下長安，之後兩路大軍會合，佔領關中。
但是，這個作戰計劃被諸葛亮否決了。
諸葛亮認為這個計劃太冒險，成功的可能性並不大，拿上萬蜀軍將士的生命作賭注，他不能幹。魏延的「子午谷計劃」因此沒有機會實施，不僅魏延本人覺得遺憾，以至於以後仍對此念念不忘，而且後世也有不少人認為魏延的這個計劃是可行的，諸葛亮過於保守了。
持這種觀點的人認為，魏延久居漢中，對當地情況十分瞭解，在蜀、魏軍力不對等的狀況下，弱小的一方應出奇制勝，魏延的計劃正可以達到這樣的目的。
但客觀地說這個計劃確實過於冒險，要取得成功，關鍵是出其不意，但上萬人、十多天的軍事行動不讓敵人察覺是不可能的，曹魏一定會在沿途派出很多偵察兵，一旦知曉蜀軍動向，一方面會在山中依托險要地勢進行襲擾和阻擊；另一方面會調集重兵把守午口，使蜀軍不得入關中。
即使費盡千難萬險、做出重大犧牲後殺到長安城下，面對這個千年古都，能否立即得手希望也很渺茫。所以魏延的「子午谷計劃」不是出奇制勝，而是純粹的軍事冒險。
《孫子兵法》說：「凡戰者，以正合，以奇勝。」也就是說常規戰法為「正」，出其不意為「奇」，二者必須結合起來，脫離常規戰法的基礎，一味出奇則未必制勝。以5000能戰之兵去攻長安，雖是奇兵，但缺少常規戰法作為基礎就成為孤軍。
夏侯楙雖然不是名將，但也不會看到區區幾千人就棄城而逃，一旦夏侯楙不逃，魏延的計劃就輸掉了一大半。在冷兵器時代，兵家怕的不是野戰，不是守城，而是攻城，即使一座孤城，久攻不下的戰例也不勝枚舉，魏延想率5000人攻進長安，可行性幾乎沒有。
諸葛亮決定不走棧道，而是出兵隴右，由左翼向曹魏發起進攻。
具體部署是：由鎮東將軍趙雲、中監軍鄧芝率一路人馬兵出褒斜道，作戰略佯攻，吸引魏軍的主力，諸葛亮自己率大軍由漢中向西攻擊，佔領戰略要地祁山，進而攻佔曹魏控制下的隴右地區。
隨諸葛亮進攻隴右的蜀將有劉琰、吳壹、王平、張翼、馬岱、劉琰、馬忠、廖化等人，參謀人員有楊儀、爨習、馬謖、向朗等。這些人大部分都介紹過，只有張翼、馬岱還比較陌生。張翼字伯恭，之前當過蜀漢梓潼郡太守，馬岱是蜀漢已故驃騎將軍馬超的從弟，隨馬超征戰，後一同歸附蜀漢。
還有一個劉琰，之所以把它排在吳壹等人之前，是因為他的資歷、地位都比眾人高，他在劉備當豫州刺史時就追隨左右了，後主繼位後升任後將軍，在名義上僅次於前將軍李嚴。劉琰生性風流、善談論，好車服飲食，被人視為奢靡，缺乏實際才能，同時他脾氣不好，雖居高位卻經常跟人鬧意見，其中跟魏延尤其關係不和。
大軍隨後行動，趙雲、鄧芝率一部分人馬進入褒斜道，大造聲勢，給人以殺入關中、直取長安的感覺，而諸葛亮率蜀軍主力悄悄開往此戰的首攻目標祁山。
祁山位於今甘肅省禮縣以東，是漢水上游一條連綿50餘里的小山脈，它西起北岈、東至鹵城，漢水從其南面流過。此山雖小，卻風景優美，每一座山峰都很秀美、挺拔，諸峰相對。之所以把首戰的目標定在這裡，是因為祁山有獨特的地理位置。祁山往西北可通南安、隴西二郡，東北通天水郡，往南以及西南方向可通達漢中郡以及漢中通往益州的咽喉陰平，祁山因為扼蜀隴咽喉，控攻守要衝而成為兵家必爭之地。
也就是說，無論從益州還是漢中，要去隴右必須過祁山，而佔領了祁山，也就打開了通往曹魏涼州地區的道路。涼州是曹魏的西部屏障，由於歷史原因，曹魏在這裡的控制相對薄弱，攻取的難度最小。如果能佔領涼州，就可以居高臨下，向東直取雍州，諸葛亮認為這是攻取曹魏比較保險的做法。
涼州雖地廣人稀，但它的隴右地區人口相對集中，河水豐沛，灌溉便利，自古便是糧食的重要產區，蜀漢國力有限，得到隴右可以增強國力，在與曹魏的對抗中可以增加勝算。隴右和涼州還盛產好馬，對於以步兵為主的蜀軍來說，這更是寶貴資源。
到達祁山後，諸葛亮給後主上了一道奏表，其中介紹了他所看到的祁山的一些情況：「祁山距離沮縣500里，有1萬戶居民，站在山頂遠望，可以看出這個地方確實很富有。」根據這份奏表可知，祁山之中有一座城堡，裡面有上萬戶居民，這在當時絕對是大數目了，尤其是在偏僻的涼州。