就这样，蜀军和魏军对峙了一百多天。这一年八月，诸葛亮身患重病，最终在军中去世，年仅五十四岁。《魏书》记载：诸葛亮粮草耗尽，形势危急，又急又气，吐血不止，在一个晚上烧毁营寨逃跑，进入山谷后，在路上发病去世。《汉晋春秋》记载：诸葛亮在郭氏坞去世。《晋阳秋》记载：有一颗红色的星星，光芒闪烁，从东北向西南方向飞去，投到诸葛亮的军营中，投了三次，返回两次，去的时候大，回来的时候小。不久之后，诸葛亮就去世了。我（裴松之）认为，当时诸葛亮在渭水岸边与魏军对峙，双方胜负还很难说，《魏书》说他吐血，不过是魏国在诸葛亮死后故意夸大其词罢了。以诸葛亮的谋略，怎么会被司马懿气得吐血呢？后来刘琨军队战败，在给晋元帝的信中也说 “诸葛亮军队战败后吐血”，这不过是引用没有根据的记载罢了。《魏书》说他进入山谷后去世，大概是因为蜀国人进入山谷后才发布他去世的消息。蜀军撤退后，司马懿巡视蜀军的营垒，感叹道：“诸葛亮真是天下少有的奇才啊！”《汉晋春秋》记载：杨仪等人整顿军队后撤，当地百姓跑去告诉司马懿，司马懿立刻带兵追赶。姜维让杨仪调转军旗，擂响战鼓，做出要反攻司马懿的样子，司马懿吓得连忙撤退，不敢再逼近。于是杨仪整顿好队伍离开，进入山谷后才发布诸葛亮去世的消息。司马懿撤退这件事，当地百姓编了一句谚语：“死诸葛吓跑活仲达。” 有人把这句话告诉司马懿，司马懿苦笑着说：“我能预料到他活着时的情况，却没料到他死后还能把我吓退。”
诸葛亮临终前留下遗嘱，要求把自己葬在汉中的定军山，依山修建坟墓，墓穴只要能放下棺材就行，入殓时穿上平时的衣服，不需要陪葬器物。后主刘禅下诏说：“您天生兼具文韬武略，聪明睿智，忠诚厚道，接受先帝遗命辅佐我，延续汉朝的命脉，一心想要平定战乱；您整顿六军，年年出兵北伐，英勇神武，威名震慑天下，本打算在蜀汉建立非凡的功业，堪比伊尹、周公的伟大功勋。没想到上天无情，就在大功即将告成的时候，您却因病离世！我悲痛万分，肝肠寸断。崇尚美德、评定功绩，记录行为、赐予谥号，就是为了让后世铭记您的功绩，让您的英名永垂不朽。现在我派持节左中郎将杜琼，追赠您丞相武乡侯的印绶，赐谥号为忠武侯。您的英魂如果有知，一定会欣慰这份荣耀。悲痛啊！悲痛啊！”
当初，诸葛亮曾上奏后主刘禅说：“我在成都有八百株桑树，十五顷薄田，子孙后代的衣食，基本可以满足。至于我在外任职，没有别的开支，随身的衣食，全都依靠官府供给，也没有另外经营产业来增加财富。如果我死的那一天，不会让家里有多余的布帛，外面有多余的钱财，以免辜负陛下的信任。” 等他去世后，家里的情况果然和他说的一样。
诸葛亮天生擅长发明创造，改进的连弩、发明的木牛流马，都出自他的想法；他还推演兵法，创作了八阵图，都抓住了兵法的关键。《魏氏春秋》记载：诸葛亮写了《八务》《七戒》《六恐》《五惧》等文章，都条理清晰，用来教导勉励臣子。他改进的连弩叫元戎，用铁做箭，箭长八寸，一张弩可以同时发射十支箭。《诸葛亮集》记载了制作木牛流马的方法：“木牛的样子是方肚子、弯脑袋，一个车头四个轮子，车头连接在车颈上，车舌装在车肚子上。它载的东西多，但走得慢，适合大规模运输，不适合小规模使用；单独走能走几十里，成群结队走一天能走二十里。弯曲的部分是牛头，两个并排的是牛脚，横着的是牛颈，能转动的是牛足，上面盖着的是牛背，方形的是牛腹，垂下来的是牛舌，弯曲的是牛肋，刻出来的是牛齿，竖起来的是牛角，细细的是牛鞅，连接的是牛秋轴。人走六尺，木牛走四步。它能载一年的粮食，一天走二十里，而且人不会太累。流马的尺寸是，肋长三尺五寸，宽三寸，厚二寸二分，左右两边一样。前轴孔距离车头四寸，孔的直径二寸。前脚孔距离前轴孔四寸五分，宽一寸。前杠孔距离前脚孔二寸七分，孔长二寸，宽一寸。后轴孔距离前杠一尺五分，大小和前轴孔一样。后脚孔距离后轴孔三寸五分，大小和前脚孔一样。后杠孔距离后脚孔二寸七分，后载克距离后杠孔四寸五分。前杠长一尺八寸，宽二寸，厚一寸五分。后杠和前杠一样。有两个方形的木板口袋，厚八分，长二尺七寸，高一尺六寸五分，宽一尺六寸，每个能装米二斛三斗。从上杠孔到肋下七寸，前后都一样。上杠孔距离下杠孔一尺三寸，孔长一寸五分，宽七分，八个孔都一样。前后四个脚，宽二寸，厚一寸五分。形状像大象，靬长四寸，直径四寸三分。孔中间有三脚杠，长二尺一寸，宽一寸五分，厚一寸四分，和其他杠一样。” 诸葛亮的书信、奏章等大多很有价值，被单独编成一集。
蜀汉景耀六年春天，后主刘禅下了一道诏书，要在沔阳为诸葛亮修建庙宇。说起这事，还有一段曲折的故事。诸葛亮刚去世的时候，各地百姓都纷纷请求为他建庙纪念。可朝廷大臣们商议后，觉得不符合当时的礼仪制度，就没同意。老百姓没办法，只能在过节的时候，在路边偷偷祭祀他。后来，有人提议在成都给诸葛亮建庙，刘禅还是没答应。
这时候，步兵校尉习隆和中书郎向充联名给刘禅上了一道奏疏，他们说：“陛下，您知道吗？周朝的百姓怀念召伯的恩德，连召伯曾在下面休息过的甘棠树都舍不得砍伐；越王为了纪念范蠡的功劳，专门用金子铸造他的雕像。从汉朝建立以来，那些有点小善小德的人，被画成图像、修建庙宇纪念的可不少。更何况诸葛亮，他的品德远近闻名，功劳在这乱世中无人能及，咱们大汉王朝能撑到现在，全靠他啊！可如今，祭祀他的活动只能在百姓家里私下进行，连一座正式的庙宇都没有，老百姓在街巷里祭拜，边疆的少数民族在野外祭祀，这哪能体现出对他的敬重，哪能让后人铭记他的功劳呢？现在要是完全顺着民心，随便建庙，就会破坏礼仪规矩；要是把庙建在京城，又离皇家宗庙太近，不合适。所以我们觉得，不如就在诸葛亮的墓地附近，在沔阳建庙。这样一来，朝廷可以安排他的亲属按时去祭祀，他以前的部下要是想祭拜，也都到庙里去。同时，禁止那些私下的祭祀活动，让祭祀诸葛亮这件事变得更正式、更规范。” 刘禅听了这番话，觉得很有道理，这才同意在沔阳为诸葛亮立庙。
到了这年秋天，曹魏的镇西将军钟会带兵讨伐蜀国，大军开到汉川的时候，钟会专门去诸葛亮庙里祭拜。他还下令，让手下的士兵不许在诸葛亮墓地周围割草放牧、砍柴采摘，可见诸葛亮在当时的影响力有多大。诸葛亮有个弟弟叫诸葛均，后来做到了长水校尉的官职。他的儿子诸葛瞻，则继承了他的爵位。
这里还有个有意思的小故事。襄阳有个名士叫黄承彦，为人豪爽洒脱，在沔南一带很有名气。有一次，他找到诸葛亮说：“我听说你在找媳妇？我家里有个女儿，长得不太好看，头发黄黄的，皮肤黑黑的，不过她的才华和你很般配。” 诸葛亮一听，没嫌弃人家姑娘的长相，当场就答应了这门亲事。黄承彦马上就把女儿送了过去。这事传出去后，当时的人都拿这个开玩笑，乡里还流传着一句谚语：“别学孔明选媳妇，娶了黄承彦家的丑闺女。”
再来说说《诸葛氏集》。这本书一共有二十四篇，十万四千一百一十二字，目录是这样的：开府作牧第一、权制第二、南征第三、北出第四、计算第五、训厉第六、综核上第七、综核下第八、杂言上第九、杂言下第十、贵和第十一、兵要第十二、传运第十三、与孙权书第十四、与诸葛瑾书第十五、与孟达书第十六、废李平第十七、法检上第十八、法检下第十九、科令上第二十、科令下第二十一、军令上第二十二、军令中第二十三、军令下第二十四 。