诸葛亮在第二次北伐铩羽而归撤回汉中后，几乎未曾休息，紧接着于太和三年（229年）春天又迫不及待地发起了第三次北伐。
诸葛亮第三次出军北伐。太和三年（229年）春季开始，蜀军开始三伐中原。鉴于前两次劳师远征失利，这次诸葛亮采取近攻之策，以稳扎稳打、循序渐进的战术打法缓缓向前推进。
距汉中最近的曹魏属地非陇南武都（今甘肃成县，郡治下辨）、阴平（今甘肃文县，郡治阴平）二郡莫属。诸葛亮采取就近攻击的办法，将进攻的矛头对准了这两个曹魏目标。他派将军陈式率前锋先行，自己亲率大军紧随其后，以为策应。
蜀将陈式率部抵达武都城下，旋即开始进攻，曹魏守军兵力羸弱，遂紧急派人向曹魏雍州（今甘肃武威）刺史郭淮求援。郭淮率军昼夜兼程前来救援，不料诸葛亮率蜀军主力突然疾行至建威（今成县以西），郭淮害怕后路被截断，不得已率援军退走，陈式见曹魏援军撤了，遂心无旁骛督军攻城，以较小的代价轻而易举就攻破了防守力量薄弱的武都、阴平两郡。
诸葛亮统领大军抵达后，对武都、阴平二郡的防务做了周密部署，并对游牧于这一地区的氐、羌、鲜卑等部落进行安抚，一切安排妥当、秩序恢复后，诸葛亮留兵驻守，自己率领大军返回汉中。从此，武都、阴平二郡被正式划入蜀汉版图。
蜀军夺取曹魏二郡的捷报传至成都后，后主刘禅立即下诏恢复了诸葛亮的丞相职务（第一次北伐失利后诸葛亮挥泪斩马谡并自贬三级）。
由于在一年多的时间内诸葛亮三次出军北伐，兵员与作战物资损耗较大，亟待补充，部队也需要休整、训练，因而诸葛亮从武都返回汉中后，便对蜀军进行了大约两年的整饬与训练，并抓紧时间对汉中的防务做了精心调整。
为了更安全、更万无一失，诸葛亮把丞相府大营由南郑移往沔水以南的南山土塬上，同时在沔水北岸修葺了乐城（今陕西城固以西）、汉城（陕西勉县以东）。这样既可以很容易地控制通往益州（四川）的道路，又构成了一条可相互呼应的防御带，为丞相府大营的安全提供了保障。
次年，曹魏为了改变被动挨打的颓局，主动出兵三路攻汉中，因大雨连下十几天，栈道断绝，魏军中途退却，诸葛亮并未追赶。他在观察魏军的动向，同时紧锣密鼓地策划第四次北伐曹魏的军事行动。
