公元219年，西蜀大将关羽北攻襄阳时，因兵力不足，多次求援于驻屯上庸（今湖北省竹山县西南）的蜀将孟达，孟达按兵不动。关羽兵败被杀后，孟达怕刘备治罪，遂于延康元年（220年）便率兵投降了曹魏。司马懿看出其人言行不一，反复无常，曾多次劝谏魏文帝曹丕，对孟达不可重用。可惜，曹丕不听，却非常器重孟达，封他为散骑常侍、建武将军、平阳亭候。魏文帝黄初元年（220年），魏国合并房陵、上庸、西城三郡为新城郡（相当于今湖北南漳、保康。房县、竹山、竹溪和陕西安康等县），又封他为新城太守。然而，孟达对此并不满足，总在图谋自成大业。太和元年（227年），曹丕病逝，与盂达关系密切的桓阶和夏侯尚两位大臣也相继死去。新继位的魏明帝曹睿派司马懿领兵驻屯宛城（今河南南阳），以骠骑将军之职主管荆州、豫州（今河南中部、北部）的军事事务。于是，孟达疑惑起来，觉得司马懿是在监视他。诸葛亮得知这一情况后，乘机写信劝盂达起兵反魏，回归蜀汉，孟达同意了。但是，诸葛亮对孟达是很不放心的，却又深以其为患。为了弥补丢失荆州的重大损失，争取从侧翼牵制魏军兵力，配合蜀军北出祁山，取得上庸地区是非常必要的。因此，诸葛亮决定用计促成孟达迅速起兵反魏。为此派了一名叫郭模的人向驻屯于魏兴（今陕西安康县西北）的魏军将领申仪诈降，故意将孟达要举兵反魏的消息透露给他。申仪早与孟达不和，得此情报，十分高兴，立即上报司马懿。孟达闻讯十分不安，想立即起兵，又拿不定主意，便寄书成都，与诸葛亮商量。
司马懿已经料定孟达必反无疑，得到申仪的报告后，判明了诸葛亮的意图，决定消灭孟达。为了充分做好准备，他双管齐下：一是设法破坏孟达与蜀汉的关系，挑拨离间，使其犹豫不决，延缓起事；二是调兵遣将，火速征讨。司马懿深恐孟达迅速起兵，便写信给孟达说：“昔日将军背弃了刘备，蜀汉上下无不切齿又痛恨于你。魏国对你一向十分信任，封高官，任要职，又委你图蜀大事。所以，诸葛亮早就想除掉你；苦于无计可施。如果将军真与蜀军相通，诸葛亮怎么会把这么重要的消息泄露出来呢？显而易见，郭模的降魏及其所送的情报都是不可信的，完全是诸葛亮的离间之计，目的是想借魏军之手杀害将军。因此，将军不应当有任何疑虑。”盖达根本识别不出这是司马懿的缓兵之计，以为司马懿真的对他没有怀疑，觉得没有必要迅速起兵了。
再说诸葛亮见孟达仍然举棋不定，犹豫不决，情知不妙。又派人送信告诉孟达：不要轻信司马懿的任何言语，必须马上举兵反魏，迅速加固城防，准备迎击魏军的进攻。否则就会功败垂成，甚至丢掉脑袋。盂达这才最后下定了决心。同时，他又给诸葛亮回信道：“皖城和洛阳远距800里，上庸又远离宛城1200里。即使司马懿知我起兵，也必须奏报魏明帝，待批复圣旨到达宛城后，才能出兵。其间最少需要一个来月。到那时，我的城防和布置均已完成。上庸偏僻，地势险要，司马懿是不会亲自出马的，别的将领来则不足为虑。”孟达的大意给司马懿提供了奔袭的条件。
司马懿给孟达去信以后，立即调兵遣将，准备讨伐孟达。诸将领却认为，孟达是否与蜀汉勾结，最好再观察一下，不宜贸然出兵。司马懿解释道：“孟达是个反复无常、不讲信义的人，他举兵叛魏是必然的，只是目前还举棋不定。如不乘此良机迅速平定，就会后患无穷。”司马懿当机立断，先斩后奏，奔袭上庸。
太和二年（228年）正月，司马懿亲自率领一只精兵从宛城出发，大军偃旗息鼓，昼夜兼程，沿途严密封锁消息，以每日150里的急行军速度，仅用8天时间，便兵逼上庸城下。东吴、西蜀急忙派兵，从两路奔走，援助孟达。司马懿亦分出两支人马，分别阻击东西两线的援军，使其无法接近大兵围困的上庸一带。
这时，孟达的城防布置刚刚开始，只好仓促组织抵抗。他写信给诸葛亮说：“我公开反魏刚刚8天，司马懿就巳兵临城下了，简直太神速了！”上庸城，三面环水，孟达在水军设置了一道木制的栅栏。司马懿遣军渡水，一举攻破木栅。直逼城前。接着又将全军分成8队，昼夜不停地轮番攻城。孟达军心动摇。魏军攻到第13天时，眼见城池就要攻破，孟达的外甥邓贤、部将李辅等人打开城门投降。魏军攻人城中，杀死了孟达，俘虏了一万余人，迅速结束了战斗，然后迅速撤离战场，班师归皖。
奔袭上庸是一个不大的战役，作战时间虽然不长，战斗过程也不复杂，但司马懿的指挥却是非常出色的。首先，他正确地分析了诸葛亮的意图，掌握了孟达的为人和品行，因而正确地判断了敌情及其发展趋势，成功地施行了缓兵之计；其次，他以极大的魄力机断行事，不顾个人风险，毅然决定打破先奏后斩的常规，做到了出敌意外；再次，他率军出兵后，以日行150里的速度，以八面同时攻城的方式，一鼓作气，不到半个月就结束了战役，把诸葛亮蓄谋已久的重大计划扼杀于摇篮之中，达到了速战速决的目的。当然，孟达起初优柔寡断，贻误战机，以后又盲目自信，麻痹轻敌，也给司马懿造成了可乘之机。这一战役，充分显示了司马懿杰出的军事指挥谋算能力。
魏明帝太和五年（231年），志在统一中原、复兴汉室的诸葛亮率大军北伐。蜀军进抵天水，围曹魏将军贾嗣、魏平于祁山。魏军的形势非常危急。魏明帝急调荆州都督司马懿西屯长安，都督雍、凉二州诸军事，统辖车骑将军张部、后将军费曜、征蜀护军戴凌、雍州刺史郭淮等部抵御诸葛亮。
司马懿与诸葛亮对阵谨慎行事，持重相抗。他断定，孤军深人的蜀军，必因军粮供应困难而急于求战。
于是，他命令全军在险要之地筑好营垒，据险固守，拒不出战。诸葛亮被迫以退兵诱敌，司马懿谨慎追赶，后来由于部将催逼，被迫派兵出战，结果被蜀军击退。后来，魏军吸取教训，听从司马懿的计策，坚守不战，蜀军终因粮草不济而被迫撤兵。
蜀军无功而返，魏军谋士杜袭、督军薛悌认为，明年麦熟，诸葛亮必然兴兵再犯，应抓紧冬季时间向陇右运粮。司马懿不以为然，他说：“诸葛亮再出祁山，不会举兵攻城，而会寻求野外作战。战场是在陇东，而不是在陇西。诸葛亮几出祁山都未能如意，就是因为粮草供应不足所致。此次归去必然大量积存谷物。依我看，不足三年他是不会举兵来犯的。”事实证明，司马懿的预见是十分准确的。诸葛亮果然在三年后复出，于青龙二年（234年）才大举兴兵。其攻击的地点果然在陇东，采取的作战方式主要是野外作战。
这一次，诸葛亮经过充分准备，率10万大军出斜谷，入眉城，扎营于渭水南原。魏明帝甚为担忧，又增派征蜀护军秦朗率步骑2万人，归司马懿节度指挥。司马懿率军渡过渭水，背水为垒。并派将军周当屯阳遂，将军胡遵、雍州刺史郭淮与蜀军对峙干积石。诸葛亮大军受阻，不得前进，只得退到五丈原。司马懿清楚，诸葛亮虽经三年准备，但“蜀道之难难于上青天”，10万大军的军需补给仍会十分困难。蜀国倾其国力进行伐魏战争，也很难经受起旷日持久地消耗。因此，诸葛亮还会像上次那样急于决战。于是，他严令部属，坚守营寨，不许出战。老谋深算的司马懿对“持重”战略认识得更加清楚，他要以逸待劳，拖垮蜀军。
诸葛亮没有办法，于是决定屯田养兵准备进行长期的战争。双方相持数月，毫无动静。诸葛亮无可奈何，便决定采用激将法，派人给司马懿送去一套妇女的衣饰，意在羞辱司马懿，从而激怒他，使其出战。魏军将士知主帅受辱，义愤填膺，纷纷要求出战。司马懿冷冷一笑，故作震怒说待我奏请圣上，不日与蜀军决战！”魏军将士摩拳擦掌，跃跃欲试。
魏明帝看完司马懿的奏章，心领神会，断然拒绝出战，并派大臣辛毗为军师，手持符节，前往魏营加以压制。此后，每逢蜀军前来挑战，司马懿便假意要出战，辛毗便手持符节立于军门加以阻止。蜀将姜维闻之，忧心忡忡地对诸葛亮说：“辛毗持符节立于军门，魏军看来是不会出战了。”诸葛亮叹道：“司马懿本来就无心应战，之所以一再请战，不过是向其属下显示军威而已。将在军中，君命有所不受。假如他真心出战，又何必要千里迢迢向魏明帝请战呢？”
一日，诸葛亮派使者去魏营挑战，司马懿非常客气地接待了使者。席间，司马懿与使者闲聊，漫不经心地问道诸葛公近来起居如何？一天能吃多少饭？”使者不知何意，如实答道：“仅吃三四升米。’同马懿又问起诸葛亮日常处理政事的情况，使者毫无警觉，怀着钦敬的心清答道诸葛公夙兴夜寐，凡20板以上的处罚，他都要亲自审阅。”了解到这些情况，司马懿心中暗喜。
送走使者，他对身边的将佐们说进食不多而事繁不息，人岂能堪。诸葛亮岂能久在人世也？不久将死。”
一天，司马懿的弟弟司马孚来信问军事进展情况，他复信道诸葛亮虽率军10万，但巳落人我的圈套。
大破蜀军，指日可待。”此时的司马懿对自己避而不战的策略十分自得，更加有信心了。不久，在他与蜀军避战对峙百余日后，诸葛亮因操劳过度，忧烦至极，病死于五丈原。蜀军只好退兵，北伐中原再度失败。
司马懿老谋深算，以守为攻，终于成功地阻止了蜀军的进攻。从表面上看，司马懿是非常被动的，实质上，他是非常高明的。他知道诸葛亮治军有方，但是，蜀军远道而来，粮草运输非常困难，不可能长期坚持下去。于是，他就抓住蜀军这一致命弱点，坚守不战，用时间慢慢地将蜀军拖垮，使得足智多谋、指挥卓越的诸葛亮也徒唤奈何，含恨而逝。由于阻击蜀军有功，青龙三年（235年），司马懿被提升为太尉，成为主管曹魏全国军事的统帅。
景初元年（237年），辽东太守公孙渊（字文懿）背叛魏国，自立为燕王，定都襄平（今辽宁辽阳市），改纪年为绍汉元年，下设文武百官，与曹魏抗衡。同时派大将军卑衍、杨祥领兵数万，依托辽河的有利地势，坚营高垒，准备防御魏军的进攻。
第二年正月，魏明帝曹睿将司马懿从长安召回洛阳，商量如何平叛。司马懿主动提出，只率4万人马前去讨平叛乱。曹窨担心兵少路远，难以取胜。司马懿说：“兵不在多，只要善于计谋，就能出奇制胜。”曹窨一听，非常高兴。但仍有些担心，便进一步问道你估计我军出动后，公孙渊会采取什么对策呢？”司马懿答道：
“放弃襄平，主动转移是上策；防守辽河，阻击我军，是中策；坚守襄平，就要当俘虏了。我判定，公孙渊绝对不会弃城退走，他估计我们孤军深人，不能坚持长期作战，必然要依托辽河的天然屏障阻击我军，这是次等、下等的计策呀，岂有不败之理！”“那么，你估计这次远征辽东，往返需要多长时间呢？”曹窨又问。司马懿胸有成竹地说道：“前去需要100天，回来需要100天，作战需要100天，休整需要60天，一年时间足够用了。”曹睿见司马懿对如何作战的方案了然于心，非常满意，便派司马懿率军4万前往辽东平定叛乱。
公孙渊得知司马懿将要亲自率兵前来，很是害怕，立即遣使向孙权求救，表示愿意臣服于东吴。孙权同意出兵伐魏，声援辽东，但同时写信给公孙渊说司马公善用兵，变化若神，所向无敌，深为弟忧之。”
景初二年（238年）三月，司马懿率领步骑4万，从洛阳出发，魏明帝亲自送出西明门，并命令司马懿的弟弟司马孚儿子司马师送过温县，并令郡守等地方官吏沿途拜见。司马懿率军经孤竹，越褐石，逼近辽水。这一年，司马懿已经59岁了，比当年曹操远征乌桓时还大7岁。他老当益壮，满怀胜利的信心，领兵远征。六月，魏军到达辽河西岸。这时，卑衍、杨祚已在辽河东岸筑起了一道长达六七十里长的防线，修建了坚固的营寨。魏军到达后，卑衍采取坚守不战的办法，企图与魏军长期隔河对峙，想用时间拖垮魏军。
司马懿看罢地形，便命令一部分士兵大张旗鼓地向敌军的南翼猛攻。卑衍和杨柞见魏军攻势凶猛，惟恐南翼江防被破，急调精兵前去救援。这恰恰中了司马懿的声东击西之计。司马懿见燕军的精锐部队已急赴南翼，便立即亲率大军从燕营北部偷渡辽河。过河后，随即命令部队沉掉了渡河的船只，毁掉了浮桥，逼近燕营。并傍辽河构筑工事，摆出了一副持久作战的姿态。然而，司马懿并不发动进攻，却率领主力绕开敌营直奔襄平而去。众将不明白司马懿的意图，问道：“将军只围困而不进攻，又绕开敌营而走，太不能显示我军的威力了吧？”司马懿解释道：“敌军凭借坚固的营寨，企图疲惫以至拖垮我军，我们如果去攻打，岂不正中敌人下怀？兵法上说，攻其必救，就可迫敌出战。敌军主力集结在辽河一线，后方空虚，我军直指其老巢襄平，他们必然回兵救援。那时，我们不就可以乘机大量地消灭敌人了吗？”众将恍然大悟。
魏军一举突破辽河天险，并弃营不攻，直扑襄平。
卑衍、杨祚万分惊慌，生怕老巢空虚不保，立即率领全军回援襄平，企图堵截魏军。司马懿待燕军进到适当地点，命令奔赴襄平的兵马回师猛击，连续发动三次大规模的进攻，三战三捷。卑衍、杨祚率领残兵败将，慌忙逃回襄平城内。司马懿乘胜进军，兵临襄平城下。
这时，正值多雨的季节，襄平地区连降暴雨，加上辽河河水猛涨，淹没了两岸大片地方。襄平城四周，变成了一片白茫茫的水乡，有的地方水深达数尺。魏军急切不能合围，营帐全都泡在水中。有的官兵提出转移到高地扎营，司马懿传令道：“有敢言迁营者斩首！”
都督令史张静违反命令又要求迁营，果然被司马懿斩首示众。魏军被迫泡在水中，处境十万困难。公孙渊乘机命令城中的部队与老百姓出城放牧、打柴。有的将领见有机可乘，就要求消灭出城的敌军，司马懿不准。一个名叫陈挂的问他：“将军过去打上庸时，八路并进，日夜攻打，只用了6天，就攻破了城池，杀掉了孟达。现在我军远道而来，反而不急于攻打敌人，是何道理？”司马懿笑道：“那时，孟达兵少粮多，可供一年，我军人数4倍于敌而粮食不够一月，以一月图一年，怎么能不速战速决呢？以4人攻打1人，则是可以速战速决的，所以不计死伤，猛攻上庸，实质上是与他竞争粮食。现在情况不同了，敌众我寡，敌饥我饱，又逢大雨，难以速战速决。此次出兵辽东，不怕燕军坚守，就怕燕军跑掉。目前，我军虽少，但粮草充足；燕军虽多，但粮草将尽。如果消灭出城放牧、打柴的燕兵，抢走他们的牛马，在我军没有完成合围的情况下，不就等于迫使燕军拼死逃跑吗？公孙渊依仗人数众多和雨天大水给我军带来的困难，继续坚持，不肯认输。我们何不将计就计，主动示弱于敌，让他们安心。等到雨停、水退、敌军粮尽之时，再发动攻势，不比现在捡点小便宜强得多吗？用兵的决窍在于根据敌情的变化而变化啊！”众将听罢，莫不钦佩司马懿的才智。于是，司马懿率领部队，一面继续合围襄平，一面暗中赶做大批楼车、钩梯，待机攻城。