诸葛亮在第二次北伐失败返回汉中后，几乎未曾休息，接着于建兴七年（229）春天进行第三次北伐。

这次出兵规模较小，只是派陈式率军进攻距离较近的武都郡（治所在今甘肃成县西）和阴平郡（治所在今甘肃文县西北）。魏国雍州刺史郭淮率众欲击陈式，诸葛亮亲自率军来到建威（今甘肃成县西北），郭淮退逃，蜀军遂夺取两郡。

三次北伐夺得两郡

此次北伐虽然只夺得两郡，但在拓展边境方面总算首次有所收获。刘禅闻讯，非常高兴，立即由成都发来诏书，对诸葛亮表示祝贺嘉奖。诸葛亮在首次北伐失败之后，曾上疏自请贬官三级，由丞相降为右将军而代行丞相之事。刘禅此次发来诏书之目的，就是为了恢复诸葛亮的丞相职务。诏书将首次北伐时街亭之败的责任全部推在马谡身上，认为诸葛亮不该引咎自责，并说上次之所以听从诸葛亮的自贬请求，降为代守丞相，乃是怕违背其自贬之意愿。又说二次北伐时斩杀王双，三次北伐时收复两郡，并使当地少数民族归服，这都是莫大的功勋。还说方今天下纷乱，曹魏未灭，诸葛亮主管国家大政而却久自谦退抑损，这对大业不利。因此，现在应该恢复诸葛亮的丞相职务，请勿推辞。诏书虽有为诸葛亮回护溢美之处，但所谈之事基本属实。

第三次北伐虽然夺得两郡，但也暴露出蜀军后勤工作的一些问题。当蜀军进攻武都郡时，魏军将树木枝权栽在路上作为障碍物，用以阻止蜀军，因这种防御设备形似鹿角，故军事上就称其为“鹿角”。而蜀军在砍拔魏军设置的鹿角时，所用刀斧的质量却很差，一天竟损坏一千余把。战役结束后，诸葛亮为了证实一把好的刀斧究竟可用多长时间，便命主管兵器制作的作部另外制作刀斧数百把，用了百余日，结果无一损坏。由此，诸葛亮断定原先刀斧的质量低劣，完全是由制作刀斧的主管人不负责任造成的，于是将其收捕治罪，并专门就刀斧的质量问题发了一道教令。诸葛亮在教令中把刀斧的质量问题直接与军事的胜败问题联系起来，认为这绝非小事。他说，进攻武都郡时，幸亏魏兵已逃跑，否则，蜀军将无刀斧可用；又说，如果以质量低劣的刀斧临敌作战，将会破坏整个军事计划。从这件事情可以看出，诸葛亮对包括后勤工作在内的军事工作的方方面面，都考虑得非常仔细周到，从未稍有疏忽。