Sau thất bại trong lần đầu ra quân, Gia Cát Lượng tranh thủ thời gian chỉnh đốn quân đội, rèn binh luyện tướng chuẩn bị Bắc phạt. Tháng 12 năm 228, quân Đông Ngô do Lục Tốn chỉ huy bất ngờ đánh bại quân của Tào Hưu ở Thạch Bình,[21] đồng thời yêu cầu Thục Hán giúp đỡ. Nhân cơ hội quân chủ lực của Ngụy phải sang chi viện cho mặt trận phía đông, lực lượng phòng ngự vùng Quan Trung giảm thiểu, Gia Cát Lượng liền tổ chức cuộc Bắc phạt lần thứ hai. Nhưng ngay trước khi xuất quân, quân Thục đã chịu một mất mát lớn khi danh tướng Triệu Vân, người cuối cùng trong Ngũ hổ tướng đã lâm bệnh và qua đời. Bản thân Gia Cát Lượng cũng không tin tưởng nhiều vào lần xuất chinh này, nên chỉ đem theo lương thực đủ để dùng trong 1 tháng.

Quân Thục đi qua Tán Quan[22] Tuy vậy lần này quân Ngụy phòng thủ kỹ càng. Địa thế ở Trần Thương vô cùng hiểm trở, dễ giữ, khó đánh, được coi là nơi các nhà quân sự phải chiếm bằng được. Trước đó Tào Chân đã cho Hác Chiêu tăng cường phòng bị. Tại ải Trần Thương, quân Ngụy cho tướng Hác Chiêu chỉ huy đã kiên cường phòng thủ trước những đợt tấn công của quân Thục. Hai bên giằng co khiến quân Thục hao tổn lương thực rất nhiều. Gia Cát Lượng chỉ huy quân đội đánh ròng rã 20 ngày mà không suy suyển. Về phía quân Ngụy thì đại tướng Trương Cáp đẫn viện binh vừa đến, do đó Gia Cát Lượng chủ động dỡ bỏ vòng vây.[20] Sau đó, Tào Chân cùng với Tư Mã Ý đem quân đến truy kích quân Thục rút lui. Bộ tướng của Trương Cáp là Vương Song dẫn quân truy kích nhưng bị quân Thục phục kích và giết chết tại Kỳ Sơn.

Tam quốc diễn nghĩa hư cấu chi tiết cảnh quân Thục tiến đánh Trần Thương và tài phòng ngự của Hách Chiêu, theo đó Hác Chiêu giữ thành Trần Thương chỉ có khoảng 3 nghìn quân, Gia Cát sai người dụ hàng nhưng Hác Chiêu không hàng, Gia Cát xuất quân đánh, sai quân sĩ dựng lên hàng trăm cái thang mây, mỗi cái thang vài ba người trèo lên, xung quanh dùng ván che đỡ. Quân sĩ cùng mang thang nhỏ chạc mềm, hễ nghe tiếng trống báo là kéo ùa lên mặt thành. Hác Chiêu ở trên địch lâu, thấy quân Thục bắc thang bốn mặt, lập tức sai ba nghìn quân cầm sẵn tên lửa, dàn ra bốn bên, đợi thang bắc vào gần thành thì nhất tế bắn tên lửa xuống. Gia Cát Lượng nổi hiệu trống, cho quân reo kéo lên mặt thành, không ngờ bị tên lửa bắn ra, cháy sạch cả thang, quân sĩ bị chết bỏng, tên đạn trên thành lại bắn xuống như mưa, quân Thục phải lui cả. Gia Cát càng tức giận, nói: "Ngươi đốt thang mây của ta, ta dùng phép xung xa, xem làm thế nào?". Liền suốt đêm sai quân sắp sửa xung xa. Sáng ngày, sai đánh trống hò reo, bốn mặt trèo lên xe mà truyền vào thành. Quân Thục có hơn 30 vạn trong khi quân Ngụy chỉ có 3 nghìn. Hác Chiêu vội vàng sai quân vận đá đến, rồi đục lỗ thủng luồn dây sắn buộc vào, quăng xuống đập xe. Xe vỡ tan tành, quân Thục không sao vào được. Khổng Minh sai quân đổ đất lấp hào, rồi sai Liêu Hóa dẫn ba nghìn quân mang thuổng cuốc, ban đêm đào hầm dưới đất, trong thành để chặn lại. Hai bên đêm ngày đánh nhau, hơn hai chục ngày, quân Thục không làm thế nào phá được thành.