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就在費禕被刺身亡後的當年四月，姜維終於開始按照自己的意願率領數萬之眾進行了第四次北伐戰爭。按照以前與東吳達成的一致，東吳太傅諸葛恪也於同時在東線戰場向曹魏淮南地區發動攻勢。

姜維大軍兵出漢中之後，從石營經董亭開始向曹魏南安郡發動圍攻。曹魏大將軍司馬師採納謀士虞松的建議，以車騎將軍郭淮及雍州刺史陳泰率領關中地區守軍與姜維對抗。當時姜維揚言將要攻打狄道企圖迷惑魏軍，陳泰信以為真，打算以援軍主力搶先佔據狄道。不過姜維的計策卻被代理徵西將軍司馬昭識破。

司馬昭認為，經過一段時間的交戰之後，姜維軍隊的糧草不足，根本無力進攻狄道，之所以故意宣稱要搶佔狄道，是為撤退做掩護。陳泰聽從了司馬昭的意見，以主力向洛門方向集結。姜維無計可施，只能全軍撤回漢中，第四次北伐中原的戰爭未能取得任何進展。

延熙十七年（公元254年），後主劉禪進一步擴大了姜維的權力，以其統率內外軍事。就在姜維打算再次發動北伐的時候，曹魏涼州地區發生叛亂，隴西郡狄道代理縣長李簡突然給姜維來信稱打算歸順蜀漢，希望姜維派兵接應。

不過這個意外的訊息卻讓蜀漢群臣出現了較大的意見分歧，不少朝臣認為李簡的投降很可能是當年郭修詐降的翻版，因此紛紛建議拒絕李簡的要求，只有蕩寇將軍張嶷認為李簡的歸順是真心實意的。

經過反覆研究之後，後主劉禪批准了五伐中原的行動，姜維便帶著數萬大軍兵出隴西向狄道進軍。大軍到達狄道之後，李簡果然獻城投降，於是姜維又以狄道為基地向隴西郡治襄武展開圍困。曹魏討蜀護軍徐質出兵迎敵，與姜維所部展開激戰。

在戰鬥的過程中，原本身患疾病的張嶷戰死，但是徐質也與陣前被殺，所部被姜維擊潰。不過，姜維在襄武城下卻久攻不下，只能轉而向狄道鄰近的河關、臨洮方向發展，這個策略的調整雖然取得了一定的戰果，但隨著戰事時間的不斷延長，蜀軍的糧草供應出現緊張，加之冬季來臨，姜維決定將三縣的吏民悉數遷往漢中地區並結束北伐撤回漢中。