无论征南中还是北伐，都需要倾尽蜀汉全部国力才行，必须上下一心，思想上、行动上保持高度一致，必须形成一个强有力的权力核心，在权力结构上不可能既强化丞相府又保证皇宫的传统权力，那样势必导致两个核心的出现。
所以“宫中”“府中”必须成为一体，尤其在诸葛亮离开成都后，也必须保证这种格局的稳定，这是北伐成功的最大前提。
蜀汉建兴五年（227）3月，诸葛亮率蜀军主力到达汉中。
这是诸葛亮第一次来到秦岭与巴山之间的这块平原，这里曾是汉高祖刘邦发迹的地方，是汉朝的“龙兴之地”，蜀汉以“汉”为国号，这里也是蜀汉的圣地。当时汉中虽然称为汉中都督区，但武都郡此时还在曹魏控制之下，都督区所辖主要是汉中一郡，魏延以镇北将军、汉中都督兼汉中郡太守的身份在此已驻守了七年。
这些年来，蜀汉的战事主要集中在东线和南线，北线倒相安无事，这也得益于魏延驻守有功。当年魏延向刘备夸下海口，敌人大军如果来攻汉中，他不仅“能拒”而且“能吞”，实际上他也做到了，他的做法就是在汉中盆地外围大量修筑坚固的军事堡垒，派遣重兵分别把守，把敌人拒之门外。
这些堡垒称为“围”，汉中被群山所环绕，缺点是没有战略纵深，敌人来攻时无法做大范围的穿插和机动，但优点是利于修筑工事以防御，本地又多土木石料，修筑这些堡垒也不太费事。
魏延镇守汉中以来修建了大量的“围”，重要的至少有三处。一是阳平关，这是汉中西边的门户，自古以来都是叩开汉中大门的锁钥，曹操和刘备取汉中都经过此处，张鲁在时阳平关已有相当规模，但经过几场大战，关隘遭到破坏，魏延对阳平关进行了重新修筑和加固。
另一处是黄金戍，此地在汉中盆地的最东边，与阳平关左右对称，是汉中东边的门户，控制着汉水上的黄金峡。汉中向东就是孟达驻守的新城郡，此时是曹魏的控制区，守住黄金峡可防魏军溯汉水逆攻汉中。
还有一处是兴势围，依兴势山而筑，位于黄金戍以西，既可作为黄金戍的第二道防线，又可控制秦岭三大栈道之一的傥骆道，防备敌军突然从栈道中杀出偷袭，此处要塞最早为魏延所修，后来果然在防备魏军出击傥骆道中发挥了重要作用，在此曾发生过著名的兴势之战。
除了这些大的堡垒，遍布汉中盆地四周还有许多较小的“围”，利用这些“围”所构筑的防守体系，魏延实现了他当初的承诺。
魏延当时驻守在南郑，即今陕西省南郑县，这里是汉中的中心。
诸葛亮到达汉中后却没有入驻南郑，而是将主力屯扎在阳平关、石马山一带，让大军在此集结休整。
推测起来，诸葛亮带到汉中来的有十万人左右，这是战斗部队，除了他们还得调动大批人员负责军粮等物资的供应运输。汉中与成都之间隔着巴山，道路崎岖难行，运输更是个大问题，为此次北伐诸葛亮组建了庞大的运输队伍，除了征调百姓参与外，还要求官员子弟带头参加，其中就包括诸葛亮的养子诸葛乔。
此次北伐前，诸葛亮再派费祎出访孙吴，除增进双方友好之外不排除协商双方联合军事行动的可能。诸葛亮进驻汉中后，孙权又继续派兵袭扰曹魏南线、东线两个战场，孙权手下的将领周鲂在一次行动中还生擒了曹魏的将领彭绮，这些都让曹魏不能抽调出太多的兵马到西线战场来，孙权的行动确实支援了诸葛亮北伐。
诸葛亮下一步的进攻目标虽然是关中，但位于侧翼的凉州地位显然很重要，所以诸葛亮在汉中做出了一项重要人事安排，任命魏延为凉州刺史，同时兼任丞相司马。丞相府司马相当于丞相府里的长史，它们都类似于秘书长，只是一个掌武、一个掌文。表面上看这是一个奇怪的任命，因为魏延已官至镇北将军，品秩介于三公与九卿之间，是大军区司令，相当于上将军衔，而丞相司马的品秩只有千石，又是属吏，算是个大校吧。上将干了大校的活，所以有人认为诸葛亮把魏延降级了。
其实这是误解，司马一职虽然品秩不高但职责很重要，负责协调丞相府里与军事有关的所有事务，也可以说是丞相府内所有武职的总牵头人，是诸葛亮在军事方面的第一助手，诸葛亮觉得这个岗位只有魏延担任最合适，这是对魏延的器重和信任。
而且也不存在贬降问题，因为任命魏延为丞相司马后并没有免除他镇北将军职务的记载，兼任凉州刺史后也没有免除他原任的汉中郡太守一职，魏延的丞相司马、凉州刺史都是兼职（领丞相司马、凉州刺史）。
