Tháng 8 năm 234, Gia Cát Lượng sinh bệnh nặng. Vua Thục Hán là Lưu Thiện phái Thượng thư Lý Phúc, ngày đêm phóng đến tiền tuyến gò Ngũ Trượng thăm hỏi bệnh tình của Gia Cát Lượng. Gia Cát Lượng nằm trên giường bệnh dặn dò Lý Phúc: "Trước mắt sự nghiệp Bắc phạt chưa thành công, hy vọng đại thần triều đình vẫn một lòng như cũ, tận tâm phò tá Lưu Thiện, kế tục hoàn thành sự nghiệp phục hưng nhà Hán mà mình chưa hoàn thành được". Lại yêu cầu Lý Phúc chuyển lời cho nhà vua rằng: "Sau khi ông ta mất không cần đưa về Thành Đô chôn cất, cứ an táng ở núi Định Quân tại tiền tuyến là được, để tượng trưng chí hướng "da ngựa bọc thây chết ở sa trường". Lý Phúc thảy đều ghi nhớ lời di chúc của Gia Cát Lượng, liền mau chóng trở về Thành Đô báo cáo lại với Lưu Thiện.

Cuối tháng 8 năm Kiến Hưng thứ 12 (tức năm 234), Gia Cát Lượng bệnh mất ngay trong chiến dịch Bắc Phạt lần thứ 6, thọ 54 tuổi; kể từ khi ông ra khỏi lều cỏ Long Trung đã trải qua 27 năm, ở chức vụ Thừa tướng Thục Hán được 14 năm. Cuốn "Tấn Dương thu" của Tôn Thịnh đời Đông Tấn có chép: "Truyền thuyết kể rằng vào hôm Gia Cát Khổng Minh từ trần, ở trên khoảng trời phía bắc, có một ngôi sao đỏ rất lớn, từ phía đông bắc theo hướng tây nam chợt loé sáng rồi tắt đi..."

Trước khi qua bệnh qua đời, Gia Cát Lượng dặn dò Khương Duy đoạn hậu Ngụy Diên. Khi đại tướng Ngụy là Tư Mã Ý được tin Gia Cát Lượng đã chết, liền hạ lệnh cho quân Ngụy tấn công. Tuy nhiên Dương Nghi đã làm theo mưu kế của Gia Cát Lượng là quay cờ về phía sau, dóng chuông đánh trống đàng hoàng tiến quân, làm cho Tư Mã Ý với bản tính đa nghi tưởng rằng Gia Cát Lượng vấn chưa chết. Tư Mã Ý sợ rằng Gia Cát Lượng chỉ giả chết để lừa mình, ngay lập tức vội vàng cho quân quay về doanh trại cố thủ. Việc Tư Mã Ý phải bỏ chạy trước một Gia Cát Lượng đã chết khiến người dân truyền tụng câu truyện cười: "Gia Cát chết vẫn dọa được Trọng Đạt sống". Khi Tư Mã Ý biết việc này, ông cười và nói: "Ta có thể chiến đấu với người sống, chứ không phải người chết." Nhờ kế này của Gia Cát Lượng, quân Thục mới an toàn rút về Hán Trung.