诸葛亮率军回到了汉中，而孙权那边的诈降计划也因为满宠等人的高度戒备而未能成功，此次北伐除射杀张郃外没有什么实质进展。
回到汉中后，诸葛亮最急切想弄清楚的是后方究竟出了什么问题，后主得到了怎样的报告才给前方下诏回师，而解开这一切疑惑的关键就是李严，但让诸葛亮大吃一惊的是，李严走了。
在诸葛亮回到汉中之前，李严已请病假去了沮漳，后来又去了江阳。沮漳应指沮水和漳水，但它们不在蜀汉，而在孙吴的控制区，所以有人怀疑史书上的这个地名是笔误，应该是哪里已经不太清楚了。江阳在蜀汉，它指的是新设立的江阳郡，在成都的东南方向，但李严不是江阳郡人，也从未在那里任过职，他的祖籍是荆州刺史部南阳郡，在犍为郡当过太守，所以有人认为江阳也是笔误，应该是江州才对，李严长期驻守江州，前不久离开江州后，他的儿子李丰任江州督，仍负责江州的防务，所以回江州的可能性最大。
李严如果真的回到了江州，那问题就相当严重了，大概他已意识到自己有一场政治危机即将到来，回江州是要与诸葛亮彻底翻脸的前奏，他可以携江州自重，与诸葛亮公开叫板，甚至可以投降曹魏。但到后来，李严在参军狐忠等人的反复劝说下还是回到了汉中，大概他认为无论公开撕破脸还是投降敌人，都没有太大的把握吧。
让诸葛亮不解的是，李严回到汉中后对之前的事情不仅没有做出合理解释，反而对撤军一事表示了惊讶，他说：“军粮很丰富，您为什么要撤呀？”
这当然是糊弄不过去的，诸葛亮让人马上回去成都，调阅了李严这段时间里上给后主的所有奏章，诸葛亮惊讶地发现，在李严给后主的奏章里竟然有这样的话：“现在让大军撤退是假的，目的是引诱敌人一战”。李严采取了两边欺骗的办法，一边告诉诸葛亮，后主让他撤军；一边告诉后主是诸葛亮要求撤军的，撤军是一种战略战术。李严之所以这么做，是因为他办事不力，加上又遇到了连阴雨，他负责筹办的军粮出了问题，为掩饰过失才想出这样一个不太高明的办法。
诸葛亮把李严写给自己的信以及给后主所上的奏章都拿出来，摆在李严的面前，前后矛盾之处无法抵赖，李严只得认错，连连叩头谢罪。
事情弄清楚了，但怎么处置却让诸葛亮犯了难。
如果就事而论，李严这次绝对犯下了大错，他不仅误事而且欺瞒后主，致使第四次北伐前功尽弃，这样论起来杀了他都不为过。但李严跟自己一样，都是先主生前亲自指定的托孤重臣，如果处理得太重，势必给人一种权力斗争的印象。
诸葛亮平时很注意和李严处好关系，尽量给予包容甚至忍让，第一次北伐时诸葛亮就想抽调李严所属人马来汉中，但李严却不理会，反而写信劝诸葛亮加九锡，又提出设立巴州，由他当巴州刺史，最后调兵的事也不了了之。
曹真进犯汉中时，汉中的兵力实在有限，诸葛亮再次请李严增兵，但李严又提出了新条件，说他走后必须让儿子李丰任江州督，诸葛亮无奈，只得上表后主，擢升李严为骠骑将军，并同意由李丰负责江州的事务，这样李严才肯来。诸葛亮也听到一些议论，说李严平时情绪挺大，常发牢骚，觉得自己同是托孤大臣却没有得到相应的实权，心里很不满，常因此影响工作。
考虑再三，诸葛亮决定这一次不再忍让，于是向后主郑重上表，回顾了近年来李严的种种不端行为，并说李严来到汉中后，自己把各种事务都交给了他，群臣都怪他对李严太宠爱了，而自己之所以那么做，是因为北伐大业正在进行，很多事情还没有头绪，与其批评李严的短处，不如发挥他的长处和优点，但李严不能理解，竟然犯下了这种不能宽恕的错误。
在这份弹劾表里，诸葛亮最后说：“如果这件事不去解决，将会造成更严重的后果。这也怪我平时不够敏感，不能及时发现问题。不再多说了，多说更增加了罪责！”值得注意的是，这份弹劾表并非诸葛亮一人所上，后面还有20多位蜀汉大臣共同联署，包括车骑将军刘琰、征西大将军兼凉州刺史魏延、前将军袁、左将军兼荆州刺史吴壹、右将军高翔、后将军吴班、丞相长史兼绥军将军杨仪、扬武将军邓芝、征南将军刘巴、中护军兼偏将军费祎、偏将军许允、笃信中郎将丁咸、偏将军刘敏、征南将军姜维、讨虏将军上官雝、昭武中郎将胡济、建义将军阎晏、偏将军爨习、裨将军杜义、武略中郎将杜祺、绥戎都尉盛勃、武略中郎将樊岐等，从这份名单里，大致可以看到当时蜀汉的主要权力结构。
结果李严被后主解除了所担任的一切职务，夺去俸禄，收回节传、印绶、符策，削去都乡侯的爵位，以一个老百姓的身份到梓潼郡居住。
李严的儿子李丰不合适继续留任，但诸葛亮没搞株连九族那一套，而是让李丰以中郎将的身份到丞相府任参军，诸葛亮担心李丰有心理负担，还专门给他写信劝慰，信中写道：“我和你父亲同心协力辅佐汉室，不仅世人知晓，也是神明所知的事。所以，我推荐你父亲到汉中任职，委托你在东部要地镇守，也是不想让那些议论是非的人有话柄。我只想实心实意感动于人，始终保持其中的友情，谁又能想到中途会出变故呢？”
李丰后来到了成都的丞相府，蒋琬是丞相府留守的长史，诸葛亮还鼓励李丰与蒋琬精诚合作，李丰也不负诸葛亮的一片真诚，跟蒋琬合作得很好，后来被提拔为朱提郡太守。
但毕竟是一位托孤大臣弹劾另一位托孤大臣，所以历来也有人认为李严案有“内幕”，是诸葛亮争权或为第四次北伐失利找借口而制造出的冤案，但这种看法只能算一种揣度，缺乏事实依据。
事实上，诸葛亮在这件事的处理上既坚持了原则又充满人情味，李严本人虽被罢免，心里却不恨诸葛亮，后来诸葛亮死了，李严听到消息十分悲痛，认为从此以后不可能有人还能理解他。后世有史学家就此发出过感慨，认为水很平所以人们拿它作为标尺，镜子里的人很丑但人看了不会发怒，水和镜子之所以能穷物尽态而人们却无怨，因为它们是无私的。水和镜子因为无私，所以能避免别人的诽谤，大人君子心怀好善之心，有宽恕之德，法行于不可不用，刑加于犯罪之人，赐给爵位不因为关系好，诛杀犯罪不因为自己被触犯，天下哪有不服的？
在蜀汉建兴九年（231）第四次北伐之后，有两年的时间诸葛亮一直没有大规模用兵，他在做着各种准备，其中一个重要的工作就是修复秦岭山中的栈道，并在里面修建粮仓。
到建兴十一年（233），斜谷的粮仓里已经储备下大量粮食，之前被烧毁的褒斜道栈道也基本修复完成了。次年2月，天气转暖，秦岭山中的积雪融化，诸葛亮决定进行第五次北伐。
与每次北伐一样，这一次诸葛亮也给孙权写了信，约定共同行动，信里写道：“汉室遭遇不幸，朝廷的法纪被废弛，从曹操篡逆开始，已蔓延到了今天，我们双方都有剿灭曹贼的想法，但是一直到现在还没有达成目标。我承蒙昭烈皇帝的重托，不敢不尽忠竭虑。现在大军已集结于祁山一带，敌人即将被消灭于渭水之滨。恳切盼望您按照同盟的约定，命令将领北征，一同平定中原，共扶汉室。书不尽言，万望明鉴。”
从信里透露的意思看，此次北伐的路线似乎还要西出祁山，这与在秦岭山中正在做的大量准备工作不符，其实这只是个笼统的说法，或者为了保密的需要故意放出的烟幕弹。
孙权接到来信后立即进行了部署，蜀汉经过这么长时间的沉寂再举北伐，孙权知道这次的力度肯定会超过以往，所以他也想抓住这个机会，在东线和中线两个战场同时给曹魏制造出强大的压力，因而此次的配合行动也超过了以往。
吴军主力悉数全出，分三路向曹魏发起进攻：一路由孙权亲自率领，总兵力达10万人，由皖城等地出发，出巢湖，攻击合肥；一路由上大将军陆逊、大将军诸葛瑾率领，由江夏郡出发攻击曹魏南部重镇襄阳；一路由镇北将军孙韶、奋威将军张承率领攻入淮水，目标是曹魏的六陵、淮阴。
魏明帝接到报告，感到事态很严重，他命负责东线战场的征东将军满宠、负责中线战场的荆州刺史毌丘俭等加强守备，同时抽调其他州郡的兵马前去支援。