Ba quận Lương Châu bị mất, tình hình Quan Trung chấn động rất lớn.
Tào Tuấn cuối cùng cũng phát hiện được quân Thục ở Cơ Cốc chỉ là nghi binh mà thôi, cảm thấy sâu sắc bản thân giữ trọng trách mà phán đoán quá sai lầm, bởi thế lập tức tự mình thân chinh, đến đóng ở Tràng An. Ông ta một mặt hạ lệnh cho Tào Chân dốc toàn lực đánh quân Triệu Vân ở Cơ Cốc, một mặt động viên 5 vạn quân dũng mãnh, giao cho Tả tướng quân Trương Cáp cầm đầu mau chóng ra tiền tuyến, ngăn cản sự tấn công của quân Thục. Để triệt để đánh bại quân Thục, Tào Tuấn lại hạ lệnh cho quan lại ở Lạc Dương động viên sắp xếp đội quân chi viện 30 vạn người, để chuẩn bị tiếp ứng cho tiền tuyến.
Trương Cáp tên chữ là Tuấn Nghệ, người Hà Gian. Khi Trương Giác khởi nghĩa Hoàng Cân, Trương Cáp hướng ứng lời chiêu mộ của triều đình đi đầu quân, luôn lập được công lớn và được thăng Vị quân tư mã, sau được sắp xếp làm thuộc hạ của Hàn Phức đang giữ chức Ký Châu mục. Khi Viên Thiệu thay Hàn Phức làm Ký Châu mục, Trương Cáp theo về với Viên Thiệu, trong cuộc đối kháng với Công Tôn Toản, có công rất lớn được thăng làm Trung lang tướng, tuổi còn trẻ mà đã trở thành tướng lĩnh đảm đương một vùng. Khi xảy ra trận đánh Quan Độ, Trương Cáp với người chỉ huy là Quách Đồ mâu thuẫn ý kiến, bị Quách Đồ gièm pha làm hại, bất đắc dĩ phai theo về với Tào Tháo. Tào Tháo rất ưa thích tài hoa của Trướng Cáp, vẫn gọi là Hàn Tín về với nhà Hán, phong cho làm Thiên tướng quân, Đô đình hầu.
Trong đại chiến ở Hán Trung, Hạ Hầu Uyên tử trận, quân Tào bị rơi vào nguy cơ nghiêm trọng, theo đề nghị của Quách Hoài, Trương Cáp chịu lệnh lúc lâm nguy thay thế chức thống soái, được ông ta sắp xếp bình tĩnh, cuối cùng đã ngăn cản hữu hiệu sự tấn công của Lưu Bị. Từ đấy có thể thấy Trương Cáp là một đại tướng rất có trí tuệ và kinh nghiệm. Trải qua rèn luyện nhiều năm, kinh nghiệm tác chiến của Trương Cáp càng phong phú, già dặn hơn. Để đối phó vói nguy cơ Lương Châu thất thủ, Trương Cáp với chức phận Tả tướng quân, phụng mệnh cầm quân, đối phó với đạo quân bắc phạt của Gia Cát Lượng.
Trương Cáp dẫn 5 vạn quân tinh nhuệ, xuất phát từ Lạc Dương, sau khi bái kiến Tào Tuấn ở Tràng An lập tức tây tiến. Ông ta đến ngay Nghi huyện, trao đổi với Tào Chân, sau khi hai bên trao đổi về sách lược tác chiến ở chiến tuyến, tức thì tiến vào bên trong Lương Châu. Kế hoạch tác chiến của Trương Cáp khá bạo gan, ông ta không để ý việc quân Thục đã đồng thời chiếm được ba quận An Định, Nam An, Thiên Thủv, vận dụng chiến thuật đột phá trung tâm từ Mi huyện đánh thẳng vào phía bắc Lũng Sơn, lại thông qua đường Lũng Sơn nối với Lạc Bàn Sơn, trực tiếp tiến vào phía bắc Lương Châu. Nói cách khác ông ta tiến vào trung tâm để trực tiếp cắt đứt sự liên hệ giữa Ngụy Diên đang ở An Định và quân chủ lực của Gia Cát Lượng ở Thiên Thủy.

Trương Cáp dám cả gan như thế, là bởi ông ta phán đoán, sự làm phản ở các quận Lương Châu là bởi sợ thanh thế tấn công của Gia Cát Lượng, Nguỵ Diên tuy đã chiếm được quận An Định, thực ra chưa được quân dân địa phương giúp đỡ. Chỉ cần quân Tào Ngụy đánh được vào Lương Châu, các huyện ở quận An Định sẽ mau chóng tạo phản, đến khi ấy quân Ngụy Diên sẽ bị cô lập. Nếu thu hồi được quận An Định thì có hy vọng thu phục được Thiên Thủy và Nam An.
Trương Cáp với chiến thuật này, đích xác vừa mạnh mẽ vừa chuẩn xác, khiến chốc lát đã đánh chiếm được rất nhiều địa phương, mà quân bắc chinh Thục Hán còn chưa ổn định nên rất đỗi kinh hoàng, hơn nữa quân Ngụy Diên ở quận An Định lại có nguy cơ bị chặn mất đường về. Gia Cát Lượng lập tức triệu tập hội nghị ở Thiên Thủy, bộ tham mưu đề nghị phái đại quân đến Nhai Đình là yết hầu của đông bắc Kỳ Sơn (nay là huyện Tần An) để nghênh chiến. Đạo quân Trương Cáp vượt núi mà đến bởi chiến trường này, sẽ là then chốt thắng bại của hai bên, nên cần phái một đại tướng giầu trí tuệ lại đảm đương một vùng để phụ trách việc quan trọng ở đấy. Đại đa số tướng lĩnh đều cho rằng tốt nhất là điều động trở về hổ tướng Ngụy Diên đang chỉ huy ở quận An Định, hoặc để Trương Nghi có kinh nghiệm tác chiến phong phú đảm nhiệm. Song Gia Cát Lượng cho rằng quân Thục đang giữ quận An Định, và rơi vào tình thế rất không yên ổn, nếu điều đại tướng về, có thể sẽ tan rã, huống chi Ngụy Diên phải đi vòng, cũng không về kịp. Trương Nghi lại quá cẩn thận, không đủ năng lực ứng biến, chẳng phải là đối thủ của Trương Cáp. Suy đi nghĩ lại, Gia Cát Lượng quyết định phái tham mưu trưởng Mã Tắc mà ông ta vẫn xem trọng.
Mã Tắc là em của Mã Lương, từ nhỏ đã thuộc binh thư, có năng lực tổ chức, lại hay nghị luận, là tham mưu quân sự bậc nhất, đáng tiếc vẫn bị sắp xếp ỏ bộ tham mưu, thiếu kinh nghiệm tác chiến thực tế ở chiến trường.
Sau khi Mã Lương mất, bởi Gia Cát Lượng vốn rất thân thiết với Mã Lương, lại càng thương Mã Tắc, thường dẫn theo ở bên mình, tùy thời bảo ban rèn luyện. Khi Lưu Bị ủy thác đại sự ở cung Vĩnh An, thấy Gia Cát Lượng quá xem trọng Mã Tắc, đã từng nhắc nhở với Gia Cát Lượng, Mã Tắc là người nói quá sự thực, tự xem mình có cao kiến, suy nghĩ thường không thiết thực, chẳng thể giao phó trọng trách được.
Có một thời gian, Gia Cát Lượng bố trí Mã Tắc ở bộ tham mưu để rèn luyện thêm, không dám giao trách nhiệm tác chiến thực tế. Đêm trước ngày Gia Cát Lượng nam chinh, Mã Tắc có nói đến “Công tâm làm đầu”. Gia Cát Lượng rất cao hứng, bèn lấy đó làm phương châm chủ đạo cho hành động nam chinh. Có thể từ việc ấy, khiến Gia Cát Lượng cho rằng Mã Tắc đã hoàn toàn chín chắn, bởi thế trong hành động bắc chinh lần này, không để ông ta làm ở bộ tham mưu, mà cho làm tướng lĩnh hàng đầu của đạo quân bản bộ Gia Cát Lượng. Năm đó Mã Tắc đã 39 tuổi, đang lúc sung sức, nếu không nhân cơ hội lập chiến công, sau này có thể không có cơ hội đảm đang một vùng. Bởi thế Gia Cát Lượng cố ý đặc biệt trọng dụng. Song chiến trường Nhai Đình thực tế rất quan trọng, đại bộ phận tướng lĩnh đều hoài nghi Mã Tắc có thể đảm nhiệm được, nên nhao nhao phản ứng. Riêng Gia Cát Lượng có ý khác với mọi người, cho rằng Trương Cáp kinh nghiệm già dặn lại có trí tuệ tác chiến phong phú, chiến thuật nói chung đã có, sẽ không vượt qua mặt được với ông ta, phải bổ nhiệm Mã Tắc chưa có nếp nghĩ truyền thống, phương pháp tác chiến phát huy sáng tạo, mới có thể đối phó được Trương Cáp, cơ hội thắng lợi sẽ lớn hơn. Để bổ sung cho Mã Tắc kinh nghiệm chiến trường không đủ, lại đặc biệt phái Tỳ tướng Vương Bình xuất thân từ quân ngũ, có kinh nghiệm phong phú làm phó tướng, ngoài số ít quân cận vệ được giữ lại, quân chủ lực của Gia Cát Lượng cơ hồ hoàn toàn giao phó cả cho Mã Tắc, tức khắc đến bày binh bố trận ở Nhai Đình đợi sẵn sàng giao chiến.

Trước lúc lên đường, Gia Cát Lượng còn đặc biệt dặn dò Mã Tắc, phải bầy trận ở bên sông, để ngăn cản thế tấn công của Trương Cáp, để lấy nhuệ khí, đợi Ngụy Diên từ quận An Định rút về, nam bắc cùng giáp công, sẽ triệt để đánh bại được quân Trương Cáp: Nếu như chiến dịch Nhai Đình giành được thắng lợi thì Lương Châu lại nắm chắc trong tay.
Nhưng Mã Tắc và Vương Bình đến Nhai Đình, sau khi xem xét địa hình, lại không đồng ý vớiphương thức bầy trận mà Gia Cát Lượng đã giao cho. Mã Tắc phát hiện ở vùng Vị Thủy, phía tây bắc của Kỳ Sơn, giữa Nhai Đình và Vị Thủy, là một vùng bồn địa. Gia Cát Lượng đã dặn men theo chân núi Kỳ Sơn đến bồn địa bên sông Vị Thủy mà bày trận, ngăn cản quân Trương Cáp vượt qua sông đến đó, chỉ cần kìm chân Trương Cáp, quân Ngụy Diên từ quận An Định sau đó sẽ giáp kích từ phía sau.

Mã Tắc lại cho rằng Trương Cáp vượt qua Lũng Sơn mà đến, nếu bầy trận ở bên sông, quân Trương Cáp từ trên tràn xuống, chẳng những có thể thấy rõ sự bố trí toàn thể của quân Mã Tắc, hơn nữa khí thế từ trên trận đánh xuống rất thuận lợi, tuy có Vị Thủy ngăn cản, song quân Trương Cáp có ưu thế rất lớn về số người, nếu bầy trận ở đấy là rất bất lợi. Nếu miễn cưỡng ngăn cản Trương Cáp vượt sông, vẫn cần phải đợi Nguỵ Diên tấn công từ phía sau, mới có thể đánh bại được Trương Cáp, đến khi chiến thắng nhất định lại bị Ngụy Diên đoạt mất công lao, như vậy đối với một quan chỉ huy chiến trường mà nói là rất mất thể diện. Bởi thế, ông ta quyết định phải dẫn dụ Trương Cáp vượt sông, đến khi dừng hẳn lại mới tiến hành quyết chiến. Nếu như muốn đạt được mục đích này ắt phải bầy trận ở trên núi Kỳ Sơn phía nam Nhai Đình, ở đấy chẳng những có thể nhìn từ trên cao xuống, thấy rõ ràng sự bố trí của quân Trương Cáp, khi quyết chiến, quân Thục sẽ từ trên cao mà tràn xuống, binh pháp Tôn Tử có nói thấy núi cao chớ vượt lên. Với đội quân Trương Cáp vừa mới đến, như vậy là rất bất lợi.

Vương Bình cẩn thận tự nhiên không tán thành cách nhìn nhận của Mã Tắc, ông ta lo lắng nhỡ chiến sự có kéo dài, không có thể lập tức tiến hành tác chiến, thì quân Thục bày trận ở trên núi Kỳ Sơn, sẽ rất khó khăn về nước uống, tập kết vài vạn quân ở đấy, nếu chẳng có nguồn nước thì rất nguy hiểm. Nhưng Mã Tắc không tiếp thu lời khuyên can, ông ta cho rằng phái một số ít quân bố trí ở phía tây bắc Nhai Đình, thuộc vùng Thượng Nhai, sẽ duy trì được việc cung ứng nước uống. Vương Bình thấy chiến dịch Nhai Đình có quan hệ rất lớn, chẳng thể làm trái với lời dặn dò trước đó của Thừa tướng, Mã Tắc thì cho rằng “Tướng ở ngoài biên lệnh vua có chỗ không theo”, huống chi là quan chỉ huy ởchiến trường, đóng ở tuyến đầu, làm sao hoàn toàn tiếp thu được sự chỉ huy của tham mưu hậu phương, cho nên vẫn kiên trì với phương pháp của mình.
Các bộ tướng Hoàng Tập và Lý Thịnh của Mã Tắc cũng tán thành cách nhìn nhận của Mã Tắc, Vương Bình bất đắc dĩ đành dẫn hơn một nghìn quân bản bộ đến bầy trận ở bồn địa phía bắc Nhai Đình, để cùng với quân chủ lực của Mã Tắc đóng trên núi, làm thành thế ỷ giốc.
Quân chủ lực của Trương Cáp ngày đêm hành quân vượt qua phía bắc Lũng Sơn, từ phía đông bắc kéo đến Nhai Đình. Đến nửa đường Trương Cáp được biết quan chỉ huy ở Nhai Đình là Mã Tắc, một viên tướng phái Thiếu tráng mà Gia Cát Lượng vẫn xem trọng, bởi thế mà dễ sinh chủ quan, ông ta một mặt phái quân do thám xem xét động tĩnh của Ngụy Diên ở quận An Định, dự tính thời gian quân Ngụy Diên có thể kéo đến chiến trường này, một mặt xem xét kỹ lưỡng tình hình Mã Tắc bầy trận ở Nhai Đình, chuẩn bị vượt sông từ vùng nước nông qua Vị Thủy từ phía bắc Nhai Đình. Sau khi đã thu thập đủ tình hình cặn kẽ, Trương Cáp sớm hạ lệnh cho đại quân đóng trại ở phía bắc Vị Thủy, tự mình đến thẳng tiền tuyến quan sát động tĩnh của quân Mã Tắc.
Sau khi ông ta đối chiếu tỉ mỉ bản đồ vẽ ở đấy với tình hình thực tế, không khỏi cười lớn mà rằng:

“Mã Tắc chỉ có danh tiếng suông, ắt bị ta bắt sống vậy”.

Trương Cáp sớm phái một bộ phận binh lực, ở cửa khẩu Lũng Sơn cậy hiểm mà phòng giữ để ngăn cản quân Ngụy Diên có thể giáp kích từ phía sau. Lại phái phó tướng dẫn quân đột kích trong đêm vượt sông đánh vào đội quân đặc biệt của Thục Hán giữ việc cung cấp nước ở phía đông bắc Nhai Đình. Chỉ cần đột kích thành công, sẽ lập tức lập thành lũy về đầu cầu phía Nam sông Vị Thủy, để yểm hộ cho quân Ngụy vượt sông tiến vào bồn địa Nhai Đình.
Đại đội binh mã của Trương Cáp được phân thành nhiều đợt, đợt thứ nhất lựa chọn vùng dễ vượt sông, phân thành mấy đội biệt động, sau khi vượt sông thành công lập tức xây dựng lũy đầu cầu ở phía nam, làm việc yểm hộ; đợt thứ nhất vượt sông được, thì tiếp đó các đợt 2, 3, 4 có thể với tư thế xuất binh cờ quạt chỉnh tề đường đường vượt sông, lấy thanh thế để uy hiếp quân Mã Tắc đóng ở chân núi. Trương Cáp có kinh nghiệm phong phú, đang đêm đến chiến trường, phái đội đột kích vượt sông phát động đánh bất ngờ, quân Thục Hán phụ trách cung cấp nước trở tay không kịp, toàn bộ đều bị bắt. Quân Tào Ngụy vượt sông thành công, thâu đêm hoàn thành lũy đầu cầu ở phía nam sông Vị Thủy để yểm hộ việc vượt sông của đội quân tiên phong. Sau khi nhận được báo cáo đột kích thành công và hoàn thành công sự đầu cầu, Trương Cáp vào lúc trời chưa sáng hạ lệnh đội quân đợt một vượt sông, chỉ cần đến được bờ nam thì lập tức sắn tay xây dựng công sự phòng ngự, để hiệp trợ đội quân sau đó kéo đến, lúc đó nếu như gặp phải sự phản công của kẻ địch, thì phải dựa vào thành lũy đầu cầu mới được xây dựng mà chống đỡ, không được trì hoãn tiến độ cuộc tấn công.

Mã Tắc vào lúc trời mờ sáng được tin quân Tào Ngụy đột kích vào đội quân cung cấp nước, lập tức phái đội đặc nhiệm đến điều tra, không lâu lại tiếp tục được tin đại quân Tào Ngụy bắt đầu vượt sông, Mã Tắc hạ lệnh cho toàn doanh trại chuẩn bị chiến đấu, lại phái Hoàng Tập dẫn quân tiên phong, xuống núi chặn đánh quân đang vượt sông.
Quân lính tiên phong của Hoàng Tập, gặp phải quân Ngụy ở lũy đầu cầu ngoan cường chống đỡ, bởi công sự phòng ngự của quân Ngụy đã hoàn thành, quân sĩ của Hoàng Tập không thể đột phá hữu hiệu, lại nhìn thấy quân Tào vượt sông ngày càng nhiều hơn, rất đỗi kinh hoàng, cuối cùng hạ lệnh rút về doanh trại trên núi, đợi đến khi Mã Tắc đến tiền tuyến, quân Trương Cáp đợt thứ nhất đã vượt sông an toàn, xây dựng công sự dọc bờ nam. Mã Tắc hạ lệnh tấn công, song quân Tào Ngụy được yểm hộ bởi tên bắn như mưa, quân Thục về căn bản không tiếp cận được, đành phải rút về doanh trại. Lúc này Trương Cáp đã đến phía nam quận Vị Thủy, trong đại bản doanh được xây dựng vững vàng, chỉ huy đại quân đợt hai đợt ba vượt sông. Quân thục ở lưng chừng núi nhìn xuống, chỉ thấy quân Tào Ngụy đầy cả cánh đồng, dần dần tiến vào vị trí tác chiến. Nguồn nước đã bị cắt đứt, quân Tào dưới núi binh lực lại có gấp mấy lần, tướng lĩnh và binh lính Thục Hán không thể không tái mặt, tinh thần dần dần suy sụp.
Không đến một ngày, 5 vạn đại quân của Trương Cáp đã hoàn tất việc vượt sông, đóng ở bình nguyên Nhai Đình, bao vây quân Mã Tắc trùng điệp.
Trái lại, quân Mã Tắc ở trên núi một ngày chẳng có nước uống, cũng không nấu cơm được, chỉ dựa vào lương khô miễn cưỡng làm no lòng, sớm đã vô cùng hoang mang. Lại thêm trông xuống thấy đầy núi đầy đồng là quân Tào với trận địa nghiêm chỉnh, quân Thục đâu còn tinh thần tác chiến. Mã Tắc tuy tự cầm quân đánh xuống dưới núi, song rất nhanh chóng bị đánh bại. Trương Cáp lại hạ lệnh không được lên núi, những gỗ đá mà Mã Tắc dự liệu để tác chiến cũng không phát huy được công hiệu sát thương, thế đông cứng đối với quân Thục là rất bất lợi.
Trước lúc trời tối đã có không ít quân Thục phản lại quân lệnh, xuống núi đầu hàng quân Ngụy, nhìn thấy tinh thần binh sĩ đã hoàn toàn tan rã, Lý Thịnh đề nghị vứt bỏ doanh trại phá vây mà ra, Mã Tắc ngần ngừ không quyết.
Đến đêm, Trương Cáp hạ lệnh đốt lửa ven núi, sức lửa tuy không lớn song lửa sáng lại làm tăng thêm tâm lý tan rã của quân Thục, Mã Tắc dẫn quân trong trại xuống núi tháo vòng vây. Số quân Thục còn lại từ trên núi liều mạng mà đánh xuống, quân Tào Ngụy không thể ngăn nổi, Trương Cáp không muốn tạo ra thương tổn không cần thiết, bèn hạ lệnh để mặc cho Mã Tắc kéo quân đi, chỉ lo bố trí sửa sang phòng tuyến, cùng tiếp tục chiêu hàng số quân Thục còn ở trên núi. Đại quân Thục Hán như rắn không đầu, đành toàn bộ đầu hàng quân địch, Trương Cáp giành đượcthắng lợi hoàn toàn ở Nhai Đình, bắt sống gần một vạn quân Thục, ngoài ra thu được chiến lợi phẩm không biết bao nhiêu mà kể. Vương Bình ở góc tây bắc, thấy Trương Cáp vượt sông tấn công, biết là địa thế đã mất. Ông hạ lệnh cho hơn 1000 quân, phân thành nhiều tổ, cố gắng bố trí ở nơi khó thấy, nếu như có quân Ngụy tấn công, thì nổi chiêng trống ầm ĩ để làm nghi binh. Quả nhiên không lâu sau đó, thấy Mã Tắc dẫn tàn quân đến đó trú chân, phía sau lại có không biết bao nhiêu mà kể quân Ngụy đuổi theo. Vương Bình hạ lệnh yểm hộ cho Mã Tắc rút quân, tự mình đốc chiến ở tiền tuyến, khua chiêng trống vang trời để làm nghi binh. Do trời tối, ngờ có điều chẳng lành, Trương Cáp sợ có mai phục, không dám mạo hiểm quá mức, bèn khua chiêng lui quân, khiến Thục Hán chỉ tổn thất rất ít quân lính.

Quân chi viện của Ngụy Diên, khi đến Lục Bàn Sơn, được biết tin tức Nhai Đình thất thủ. Nguỵ Diên với kinh nghiệm phong phú biết rằng Nhai Đình vừa mới mất, đường tiếp vận cho quân bắc chinh bị cắt đứt, Gia Cát Lượng sẽ rút quân. Đại quân của mình đóng giữ ở quận An Định phía bắc, rất có thể bị cô lập, thành ra bi kịch toàn quân tan rã, bởi thế không mau chóng hành động không được. Ông ta vội vã phái sứ giả thông báo cho đội quân đang giữ quận An Định lập tức vòng ngay qua Lục Bàn Sơn nhằm hướng Lũng Tây rút quân, còn tự mình dẫn quân chi viện từ Lục Bàn Sơn đến tiếp ứng, cùng hội quân Gia Cát Lượng.