埋伏在山西方向，靜待蜀軍的到來。是夜二更時分，馬岱率領三千精兵悄然抵達，人人口中銜枚，馬匹都被勒住口，徑直殺向魏營。他們看到魏營中車仗重重疊疊，攢繞成營，車仗上虛插著旌旗。正值西南風起，馬岱命令士兵直接去營南放火，霎時間，車仗盡燃，火光沖天。孫禮誤以為是蜀軍主力到來，急忙引兵殺出，與此同時，魏寨內也放起了號火。
然而，背後卻鼓角喧天，兩路蜀兵從火光中殺出，原來是馬忠、張嶷率軍前來，將魏軍團團圍住。孫禮大驚失色。此時，又聽得魏軍中喊聲大起，一彪人馬從火光邊殺出，領頭的正是馬岱。內外夾攻之下，魏兵大敗，由於火勢兇猛，風勢又急，人馬相互踐踏，死者無數。孫禮帶著受傷計程車兵，冒火突圍而走。
張虎在營中看到火光沖天，以為蜀軍已敗，於是與樂綝一起大開寨門，引兵殺向蜀寨。然而，蜀寨中卻空無一人。兩人急忙收兵回營時，卻被吳班、吳懿兩路蜀兵截斷歸路。張虎、樂綝奮力衝出重圍，逃回本寨時，只見土城之上箭如雨下，原來關興、張苞已經趁機襲取了營寨。
這一戰，魏兵大敗而歸，紛紛逃向曹真的大寨。曹真看到敗軍回來，又聽得孫禮彙報了中計之事，於是決定緊守大寨，不再出戰。蜀兵得勝後，回到孔明處報捷。
孔明密授計策給魏延，同時命令全軍拔寨齊起準備撤退。楊儀不解地問道：“如今已經大勝魏軍，為何要撤退呢？”孔明解釋道：“我軍缺糧利於速戰速決。如今魏軍堅守不出使我軍陷入困境。雖然他們暫時兵敗但中原必定會有援軍趕來。如果我們被他們以輕騎襲擾糧道那時就難以撤退了。現在乘魏軍新敗之際出其不意地撤退是最明智的選擇。”
孔明又說道：“我唯一擔心的是魏延一軍在陳倉道口被王雙阻住無法脫身。我已經派人密授計策給他讓他設法斬殺王雙使魏軍不敢追擊。現在我們讓後隊先行撤退。”當夜孔明只留下金鼓手在寨中打更製造假象。一夜之間蜀軍已經全部撤退只留下了一座空營。
曹真在寨中憂悶不已忽然接到報告說左將軍張合領軍到來。張合下馬入帳對曹真說：“我奉聖旨特來助戰。”曹真問：“你見到仲達了嗎？”張合回答說：“仲達告訴我如果我軍勝了蜀兵就不敢輕易撤退；如果我軍敗了蜀兵就必定會迅速撤退。現在我軍失利了他曾去探過蜀兵的訊息嗎？”曹真說：“還沒有。”於是立即派人前去探查果然發現蜀營已經是座空營只插著幾十面旌旗而已蜀兵已經撤退了兩天。曹真後悔不已但已經無濟於事。
與此同時魏延按照孔明的密計在當夜二更時分拔寨迅速撤退回漢中。早有細作將訊息告知了王雙王雙立刻率軍全力追趕。追了二十多里眼看就要追上蜀軍時忽然看到前方魏延的旗號在風中飄揚。王雙大叫道：“魏延休走！”然而蜀兵並不回頭繼續撤退。王雙拍馬趕來這時背後的魏兵突然喊道：“城外寨中火起了恐怕我們中了敵人的奸計！”
王雙急忙勒馬回看只見一片火光沖天心中大驚急忙下令全軍撤退。當他們撤到一處山坡左側時突然一騎馬從林中衝出大喝道：“魏延在此！”王雙猝不及防被魏延一刀砍於馬下。魏兵見狀以為有埋伏紛紛四散逃走。而魏延手下只有三十騎人馬他們緩緩地向漢中方向行進著。
後人有詩讚曰：“孔明妙算勝孫龐耿若長星照一方。進退行兵神莫測陳倉道口斬王雙。”原來這一切都是孔明事先安排好的密計：他讓魏延先留下三十騎伏兵在王雙營邊等待時機當王雙起兵追趕時就潛入他營中放火製造混亂；當王雙回寨時再出其不意地突襲將其斬殺。
魏延成功斬殺王雙後，帶領兵馬回到漢中向孔明覆命並交割了人馬。孔明為此設下盛宴慶祝，無需多言。
另一方面，張合未能追上蜀兵，只好返回營寨。此時，他收到了來自陳倉城郝昭的報告，得知王雙已被斬殺。曹真聞訊後深感傷感，因此憂慮成疾，決定返回洛陽養病。他命令郭淮、孫禮和張合駐守長安等重要關口。
與此同時，在吳國的朝堂上，有密探報告說：“蜀國的諸葛丞相已經兩次出兵，而魏國的都督曹真則是兵損將亡。”於是，吳國群臣紛紛勸說吳王孫權趁機興兵伐魏，以圖謀中原。然而，孫權卻猶豫不決。張昭上奏說：“近來有傳聞稱，在武昌東山出現了鳳凰，大江之中也多次顯現黃龍。這些都是吉祥之兆，說明主公的德行堪比唐堯、虞舜，明智可與文王、武王相提並論。因此，主公應該順應天意即位為皇帝，然後再興兵伐魏。”多數官員都附和張昭的意見。於是，孫權選定夏四月丙寅日這一天，在武昌南郊築壇祭天