当初公孙渊闻魏军来攻，求救于孙权，孙权也出兵为其声援，并给公孙渊写信：“司马公善用兵，变化若神，所向无前，深为弟忧之”(《晋书·宣帝纪》)。
适逢连降大雨，辽水暴涨，平地数尺，魏军恐惧，诸将思欲迁营。司马懿下令有敢言迁营者斩，都督令史张静违令被斩，军心始安。公孙渊军乘雨出城，打柴牧马，安然自若。魏将领请求出击，司马懿不予采纳。司马陈圭曰问司马懿：“昔攻上庸，八部并进，昼夜不息，故能一旬之半，拔坚城，斩孟达。今者远来而更安缓，愚窃惑焉。”司马懿说：“帝曰：“孟达众少而食支一年，吾将士四倍于达而粮不淹月，以一月图一年，安可不速？以四击一，正令半解，犹当为之。是以不计死伤，与粮竞也。今贼众我寡，贼饥我饱，水雨乃尔，功力不设，虽当促之，亦何所为。自发京师，不忧贼攻，但恐贼走。今贼粮垂尽，而围落未合，掠其牛马，抄其樵采，此故驱之走也。夫兵者诡道，善因事变。贼凭众恃雨，故虽饥困，未肯束手，当示无能以安之。取小利以惊之，非计也”(《晋书·宣帝纪》)。
接着，司马懿还将计就计，故意示弱。朝廷听说雨大敌强，不少人请求召还司马懿。明帝却说：“司马公临危制变，计日擒之矣”(《晋书·宣帝纪》)。
月余，雨停，水渐退去。魏军完成对襄平的包围，起土山、挖地道、造楼车、钩梯等攻城器具，昼夜强攻。城内粮尽，死者甚多，其将杨祚等降。时偶有流星自城西南向东北划过，坠落在梁水附近，城中愈发震恐。公孙渊也很惊惧，八月，派他相国王建、御史大夫柳甫请求解围，然后面缚(两手反绑于背而面朝前)归降。司马懿斩杀使者，发布檄文严责：“昔楚郑列国，而郑伯犹肉袒牵羊而迎之。孤为王人，位则上公，而建等欲孤解围退舍，岂楚郑之谓邪！二人老耄，必传言失旨，已相为斩之。若意有未已，可更遣年少有明决者来”(《晋书·宣帝纪》)。公孙渊又派侍中卫演来请求定日期送人质。司马懿对卫演说：“军事大耍有五，能战当战，不能战当守，不能守当走，余二事惟有降与死耳。汝不肯面缚，此为决就死也，不须送任”(《晋书·宣帝纪》)。
公孙渊欲从城南突围，司马懿纵兵击破其军，公孙渊战死在梁水(今太子河)边上星落之地。入城后，司马懿屠戮十五岁以上男子七千多人，收集尸体，筑造京观。京观是古代战争中胜者为了炫耀武功，收集敌人尸体，封土而成的高冢。把公孙渊所任公卿以下一律斩首，杀死将军毕盛等二千多人。收户四万，口三十余万。
当时司马懿军中有的士兵衣单寒冷，向他乞要襦衣，司马懿不给。有人说：“幸多故襦，可以赐之。”司马懿说：“襦者官物，人臣无私施也”(《晋书·宣帝纪》)。于是上奏朝廷，把一千多名六十岁以上的士兵解除兵役，遣送回乡。然后，在原定一年的期限内，胜利班师。
明帝派使者到蓟去犒劳部队，增司马懿食昆阳县，前后共二县。
本来朝廷让他便道往镇关中。但当到达白屋时，有诏书召他火速回京，三日之间，诏书五至。明帝手书说：“间侧息望到，到便直排阁入，视吾面”(《晋书·宣帝纪》)。
据说，司马懿在襄平时，曾梦见明帝枕在他膝上，说：“视吾面。”他俯视，见明帝面有异色。如今一见诏书此语，大惊，乘追锋车昼夜兼行，从白屋到京城，四百多里，一夜而至。至则径人嘉福殿内御床旁边，满眼流泪，指问疾病。明帝拉着他的手，目视太子齐王，说：“以后事相托。死乃复可忍，吾忍死待君，得相见，无所复恨矣”(《晋书·宣帝纪》，《三国志·魏书·明帝纪》为“吾疾甚，以后事属君，君其与爽辅少子。吾得见君，无所恨？”)当天，明帝去世。时为景初三年(239年)正月。
齐王曹芳年仅八岁，司马懿乃与大将军曹爽一起接受遗诏辅佐少主。齐王即位，司马懿任侍中、持节、都督中外诸军、录尚书事，和曹爽各统精兵三千人，共执朝政。
曹爽欲排挤司马懿，想让尚书奏事先通过自己，以便专权，向天子进言，改任司马懿为大司马。朝臣们认为以前大司马，有好多都死在任上，不吉，于是任命司马懿为没有实权的太傅，像汉代萧何那样，入殿不趋，赞拜不名，剑履上殿。
正始二年(241年)四月，吴帝孙权分兵四路攻魏：卫将军全琮率军数万出淮南决芍陂(今安徽寿县南)之水，威北将军诸葛恪攻六安(今安徽六安东北)，前将军朱然攻樊城(今湖北襄樊)，大将军诸葛瑾攻祖中(今湖北南漳蛮河流域)。
五月，吴将全琮入侵芍陂，朱然、孙伦围攻樊城，诸葛瑾、步骘侵掠柤中，司马懿自请出兵往讨。朝臣认为，敌兵远来攻坚，当待其自破，司马懿则说：“边城受敌而安坐庙堂，疆场骚动，众心疑惑，是社
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