诸葛亮病重之后，对自身的后事做了许多的准备，一方面他将蒋琬和费祎推荐给刘禅作为自己的后继者，另一方面在军中和秘密与长史杨仪、司马费祎、护军姜维等作身殁之后退军节度，令魏延断后。
不过关于杨仪和魏延之间的矛盾，诸葛亮却没有留下措施，使得自身去世后，蜀汉发生了一次不小的内斗。
诸葛亮在死前就已经曾经秘密上书给后主刘禅，说到：“臣如果出了什么意外，军国大事可以全部交给蒋琬。”
据《益部耆旧杂记》记载，建兴十二年（234），诸葛亮在五丈原病重，后主刘禅派李福前往问候，并向他征询国家大计。李福奉旨前往诸葛亮营地，与诸葛亮交谈。在离开营地回成都的路上，李福突然想起一件很重要的事，于是又掉头返回。
诸葛亮看见李福回来，笑着说：“我知道你会回来的。我们虽然交谈了一整天，但话还没有说完，你回来是还有一件事情要问。你所要问的人，蒋琬最合适了。”李福说：“那一天确实是忘了问，如您百年之后，谁可担任丞相的职务，所以我才立刻赶回来。那么，我还想再问一下，蒋琬之后，谁可继任丞相呢？”诸葛亮：“费祎可以继任。”李福又问：“那么费祎之后呢？”诸葛亮便默而不答了。李福回到成都，向后主刘禅交旨，转达了诸葛亮的话。
历史上诸葛亮为刘禅留下了两位后继者，其中一位是蒋琬，一位是费祎，二者都可以说是合格的，刘禅对于诸葛亮也是非常的信任，有两个人选还嫌不够，继续向诸葛亮询问第三人，然而蒋琬、费祎应该和刘禅是年龄应该相差不大，一般情况下第三人是很多余的，从诸葛亮的态度上来看，他也没有考虑过这方面。
但后来蒋琬因病早逝，费祎遭遇意外被刺杀，刘禅后期又依靠宦官，使得蜀汉内部风雨飘零，最终为曹魏所乘。
诸葛亮在死前除了将自己继承者推荐给刘禅之外，还对于军中事物和部下进行了商讨，并且做出相应的决定。当时诸葛亮病情加重，便秘密地与长史杨仪、司马费祎、护军姜维等讨论筹划他死后退军的安排，让魏延断后，姜维次之；若魏延不服从军令，便弃他不顾，军队照常行动。这个命令也为汉军日后的内斗埋下了伏笔。
诸葛亮留下遗命时，很可能已经没有多少时间了，而魏延当时作为先锋，并不在诸葛亮的营地，双方相距十里，所以魏延并没能参加这一次商讨。
在当时蜀汉北伐军内，毫无疑问是由诸葛亮掌管大权，在他之下，文官第一人应该就是长史杨仪，武将第一人就该以魏延为上了，然而二人却极为不和。据说当时前军师魏延与长史杨仪互相憎恶对方，每次并坐皆争论，魏延常举刀刃指向杨仪作威吓，杨仪则泣涕横集。
就算是诸葛亮本人对于他们的矛盾也没有什么太好的办法，当时诸葛亮深为爱惜杨仪的才干，又借助魏延的骁勇，常恨二人不能很好相处，但又不忍心偏废他们任何一方。司马费祎常介入二人坐间，为他们谏喻分别，以释其意，因此诸葛亮在世之时，可以各尽魏延、杨仪之所用者，费祎有一份很大的功劳。
结果就是诸葛亮死前，虽然留下了吩咐，但并没有解决魏延和杨仪之间矛盾，只是暂时搁置了魏延的事情，可能对于诸葛亮来说，当时杨仪也好，魏延也罢，对于蜀汉而言都是不可多得的人才，掌心掌背都是肉，他本人也难以取舍，所以干脆二者之间的事情，二者自己去解决吧。
现在颇为流传关于魏延反骨之事，在正史上并不可靠，说诸葛亮不重用魏延完全是骗人的，当时魏延的官职已经是前军师，兼任征西大将军，其军职非常高的，就算皇亲吴懿也不过左将军，魏延差不多是当时的蜀汉将领第一人。诸葛亮虽然没有采纳他的子午谷计谋，但对于魏延还是很重用和信任的，很多时候都让魏延作为先锋，或者独领一军，将断后的任务交给魏延也是一种信任。
而魏延在诸葛亮死后，他本人也很可能在进一步，成为蜀汉军队的实际领导者，这点在当时军中不少将领都是这样看的，所以魏延本人也没有反蜀的意思，但因为他和杨仪之间的矛盾，最终下场惨淡。
诸葛亮遗言命令部下将自己葬在汉中定军山，依山势修建坟墓，墓穴仅能容纳下棺材，穿平时的衣服入殓，不必用其他器物殉葬。
后主刘禅下诏祭奠诸葛亮说：“您天生兼备文、武的才干，英明睿智忠厚诚实，受先帝托孤遗命，尽心力辅佐寡人，使衰微待绝的汉室复兴，立志平定天下战乱，整治六军，岁岁出战，英武盖世，威镇天下，将为蜀汉建成伟大功业，所取勋绩有如伊尹、周公。为何有此不幸，大业即将功成，您却染疾归天！朕痛悼您的逝世，心肝欲裂。推崇您的德行，论评您的功勋，根据您生前事迹追封谥号，让您的精神传扬天下，英名永垂史册。现在特派持使节左中郎将杜琼，赠给您丞相武乡侯印绶，追谥您为忠武侯。英魂有知，对此亦感宠荣。悲痛至极！悲痛至极！”
当初，诸葛亮曾向后主表明自己心愿：“臣在成都有桑树八百棵，薄田十五顷，子孙们的日常衣食费用已有宽余。至于臣在外任职，没有额外的花费安排，随身衣服饮食全有国家供应，无需再治其他产业，来增添家财。待臣离开人世时，不让家有多余衣物，外有多余钱财，使自己辜负陛下的恩宠和信任。”及至去世，果如前言。诸葛亮天生擅长巧思，曾构思并指导改进弓弩使之连射，制造木牛流马作为运输工具；他推演兵法，设计八卦阵图，无不深得要领。他留世的议论、教令、书信、奏疏都很值得一读，另编成《诸葛氏集》。
诸葛亮死后，刘禅追谥诸葛亮为忠武侯，蜀汉各地多上书请立诸葛亮庙，蜀汉朝堂以此违背礼制不纳，于是百姓在四时的节日于道路上私祭诸葛亮。直至景耀六年（263），蜀汉灭亡前夕，在习隆、向充的建议下，刘禅在沔阳为诸葛亮立庙。
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