諸葛亮率軍回到了漢中，而孫權那邊的詐降計劃也因為滿寵等人的高度戒備而未能成功，此次北伐除射殺張郃外沒有什麼實質進展。
回到漢中後，諸葛亮最急切想弄清楚的是後方究竟出了什麼問題，後主得到了怎樣的報告才給前方下詔回師，而解開這一切疑惑的關鍵就是李嚴，但讓諸葛亮大吃一驚的是，李嚴走了。
在諸葛亮回到漢中之前，李嚴已請病假去了沮漳，後來又去了江陽。沮漳應指沮水和漳水，但它們不在蜀漢，而在孫吳的控制區，所以有人懷疑史書上的這個地名是筆誤，應該是哪裡已經不太清楚了。江陽在蜀漢，它指的是新設立的江陽郡，在成都的東南方向，但李嚴不是江陽郡人，也從未在那裡任過職，他的祖籍是荊州刺史部南陽郡，在犍為郡當過太守，所以有人認為江陽也是筆誤，應該是江州才對，李嚴長期駐守江州，前不久離開江州後，他的兒子李豐任江州督，仍負責江州的防務，所以回江州的可能性最大。
李嚴如果真的回到了江州，那問題就相當嚴重了，大概他已意識到自己有一場政治危機即將到來，回江州是要與諸葛亮徹底翻臉的前奏，他可以攜江州自重，與諸葛亮公開叫板，甚至可以投降曹魏。但到後來，李嚴在參軍狐忠等人的反覆勸說下還是回到了漢中，大概他認為無論公開撕破臉還是投降敵人，都沒有太大的把握吧。
讓諸葛亮不解的是，李嚴回到漢中後對之前的事情不僅沒有做出合理解釋，反而對撤軍一事表示了驚訝，他說：“軍糧很豐富，您為什麼要撤呀？”
這當然是糊弄不過去的，諸葛亮讓人馬上回去成都，調閱了李嚴這段時間裡上給後主的所有奏章，諸葛亮驚訝地發現，在李嚴給後主的奏章裡竟然有這樣的話：“現在讓大軍撤退是假的，目的是引誘敵人一戰”。李嚴採取了兩邊欺騙的辦法，一邊告訴諸葛亮，後主讓他撤軍；一邊告訴後主是諸葛亮要求撤軍的，撤軍是一種戰略戰術。李嚴之所以這麼做，是因為他辦事不力，加上又遇到了連陰雨，他負責籌辦的軍糧出了問題，為掩飾過失才想出這樣一個不太高明的辦法。
諸葛亮把李嚴寫給自己的信以及給後主所上的奏章都拿出來，擺在李嚴的面前，前後矛盾之處無法抵賴，李嚴只得認錯，連連叩頭謝罪。
事情弄清楚了，但怎麼處置卻讓諸葛亮犯了難。
如果就事而論，李嚴這次絕對犯下了大錯，他不僅誤事而且欺瞞後主，致使第四次北伐前功盡棄，這樣論起來殺了他都不為過。但李嚴跟自己一樣，都是先主生前親自指定的托孤重臣，如果處理得太重，勢必給人一種權力鬥爭的印象。
諸葛亮平時很注意和李嚴處好關係，盡量給予包容甚至忍讓，第一次北伐時諸葛亮就想抽調李嚴所屬人馬來漢中，但李嚴卻不理會，反而寫信勸諸葛亮加九錫，又提出設立巴州，由他當巴州刺史，最後調兵的事也不了了之。
曹真進犯漢中時，漢中的兵力實在有限，諸葛亮再次請李嚴增兵，但李嚴又提出了新條件，說他走後必須讓兒子李豐任江州督，諸葛亮無奈，只得上表後主，擢升李嚴為驃騎將軍，並同意由李豐負責江州的事務，這樣李嚴才肯來。諸葛亮也聽到一些議論，說李嚴平時情緒挺大，常發牢騷，覺得自己同是托孤大臣卻沒有得到相應的實權，心裡很不滿，常因此影響工作。
考慮再三，諸葛亮決定這一次不再忍讓，於是向後主鄭重上表，回顧了近年來李嚴的種種不端行為，並說李嚴來到漢中後，自己把各種事務都交給了他，群臣都怪他對李嚴太寵愛了，而自己之所以那麼做，是因為北伐大業正在進行，很多事情還沒有頭緒，與其批評李嚴的短處，不如發揮他的長處和優點，但李嚴不能理解，竟然犯下了這種不能寬恕的錯誤。
在這份彈劾表裡，諸葛亮最後說：“如果這件事不去解決，將會造成更嚴重的後果。這也怪我平時不夠敏感，不能及時發現問題。不再多說了，多說更增加了罪責！”值得注意的是，這份彈劾表並非諸葛亮一人所上，後面還有20多位蜀漢大臣共同聯署，包括車騎將軍劉琰、征西大將軍兼涼州刺史魏延、前將軍袁
、左將軍兼荊州刺史吳壹、右將軍高翔、後將軍吳班、丞相長史兼綏軍將軍楊儀、揚武將軍鄧芝、征南將軍劉巴、中護軍兼偏將軍費禕、偏將軍許允、篤信中郎將丁鹹、偏將軍劉敏、征南將軍姜維、討虜將軍上官雝、昭武中郎將胡濟、建義將軍閻晏、偏將軍爨習、裨將軍杜義、武略中郎將杜祺、綏戎都尉盛勃、武略中郎將樊岐等，從這份名單裡，大致可以看到當時蜀漢的主要權力結構。
結果李嚴被後主解除了所擔任的一切職務，奪去俸祿，收回節傳、印綬、符策，削去都鄉侯的爵位，以一個老百姓的身份到梓潼郡居住。
李嚴的兒子李豐不合適繼續留任，但諸葛亮沒搞株連九族那一套，而是讓李豐以中郎將的身份到丞相府任參軍，諸葛亮擔心李豐有心理負擔，還專門給他寫信勸慰，信中寫道：“我和你父親同心協力輔佐漢室，不僅世人知曉，也是神明所知的事。所以，我推薦你父親到漢中任職，委託你在東部要地鎮守，也是不想讓那些議論是非的人有話柄。我只想實心實意感動於人，始終保持其中的友情，誰又能想到中途會出變故呢？”
李豐後來到了成都的丞相府，蔣琬是丞相府留守的長史，諸葛亮還鼓勵李豐與蔣琬精誠合作，李豐也不負諸葛亮的一片真誠，跟蔣琬合作得很好，後來被提拔為朱提郡太守。
但畢竟是一位托孤大臣彈劾另一位托孤大臣，所以歷來也有人認為李嚴案有“內幕”，是諸葛亮爭權或為第四次北伐失利找借口而製造出的冤案，但這種看法只能算一種揣度，缺乏事實依據。
事實上，諸葛亮在這件事的處理上既堅持了原則又充滿人情味，李嚴本人雖被罷免，心裡卻不恨諸葛亮，後來諸葛亮死了，李嚴聽到消息十分悲痛，認為從此以後不可能有人還能理解他。後世有史學家就此發出過感慨，認為水很平所以人們拿它作為標尺，鏡子裡的人很醜但人看了不會發怒，水和鏡子之所以能窮物盡態而人們卻無怨，因為它們是無私的。水和鏡子因為無私，所以能避免別人的誹謗，大人君子心懷好善之心，有寬恕之德，法行於不可不用，刑加於犯罪之人，賜給爵位不因為關係好，誅殺犯罪不因為自己被觸犯，天下哪有不服的？
在蜀漢建興九年（231）第四次北伐之後，有兩年的時間諸葛亮一直沒有大規模用兵，他在做著各種準備，其中一個重要的工作就是修復秦嶺山中的棧道，並在裡面修建糧倉。
到建興十一年（233），斜谷的糧倉裡已經儲備下大量糧食，之前被燒燬的褒斜道棧道也基本修復完成了。次年2月，天氣轉暖，秦嶺山中的積雪融化，諸葛亮決定進行第五次北伐。
與每次北伐一樣，這一次諸葛亮也給孫權寫了信，約定共同行動，信裡寫道：“漢室遭遇不幸，朝廷的法紀被廢弛，從曹操篡逆開始，已蔓延到了今天，我們雙方都有剿滅曹賊的想法，但是一直到現在還沒有達成目標。我承蒙昭烈皇帝的重托，不敢不盡忠竭慮。現在大軍已集結於祁山一帶，敵人即將被消滅於渭水之濱。懇切盼望您按照同盟的約定，命令將領北征，一同平定中原，共扶漢室。書不盡言，萬望明鑒。”
從信裡透露的意思看，此次北伐的路線似乎還要西出祁山，這與在秦嶺山中正在做的大量準備工作不符，其實這只是個籠統的說法，或者為了保密的需要故意放出的煙幕彈。
孫權接到來信後立即進行了部署，蜀漢經過這麼長時間的沉寂再舉北伐，孫權知道這次的力度肯定會超過以往，所以他也想抓住這個機會，在東線和中線兩個戰場同時給曹魏製造出強大的壓力，因而此次的配合行動也超過了以往。
吳軍主力悉數全出，分三路向曹魏發起進攻：一路由孫權親自率領，總兵力達10萬人，由皖城等地出發，出巢湖，攻擊合肥；一路由上大將軍陸遜、大將軍諸葛瑾率領，由江夏郡出發攻擊曹魏南部重鎮襄陽；一路由鎮北將軍孫韶、奮威將軍張承率領攻入淮水，目標是曹魏的六陵、淮陰。
魏明帝接到報告，感到事態很嚴重，他命負責東線戰場的征東將軍滿寵、負責中線戰場的荊州刺史毌丘儉等加強守備，同時抽調其他州郡的兵馬前去支援。