雖然諸葛誕反叛的決心比不過王凌和丘儉，但諸葛誕叛亂的規模因為聯合了孫吳要比早先二人大很多，內亂的時間也持續了將近一年，遠遠強於前面兩人。
【各方對策】
諸葛誕反叛之初，議論此事的人請求立即討伐淮南軍，司馬昭卻：“諸葛誕認為毋丘儉舉事輕率急速而導致失敗，今天他必然外連吳寇，這樣一來，叛變的規模大而行動遲緩。我可以與四方將領聯合起來，以全勝之策來制服他。”於是向天子上表：“昔日黥布叛逆，漢高祖親征；隗囂違抗，光武帝西伐；烈祖明皇帝多次御駕親征，都是為了振奮士氣，耀武揚威。陛下應暫時親臨軍旅，使將士得以藉助天威。今討賊諸軍約五十萬，以眾擊寡，沒有不勝的。”
同年七月，護衛著天子與皇太后一起東征，徵發青、徐、荊、豫四州兵馬，並從關中分部分軍隊，共同會師淮北。大軍至項，讓廷尉何楨持符節出使淮南，勸慰叛軍將士，申明朝廷逆誅賞順的政策。司馬昭進軍丘頭，並派鎮東將軍王基及安東將軍陳騫包圍壽春，派石苞、州泰領兵抵抗吳兵。
吳國方面則派文欽、唐諮、全端、全懌等三萬餘人來救諸葛誕，魏諸將迎擊，不能抵禦，於是他們都突入壽春城內。魏國方面將軍李廣臨敵畏縮不前，泰山太守常時聲稱有疾不出兵，都斬首示眾。
【吳軍退兵】
當時司馬昭派石苞統領青州諸軍，並督兗州刺史州泰和徐州刺史胡質（晉書中記載有胡質參與，但當時胡質應該已經於數年前就去世了），選精銳部隊為遊軍，在壽春外圍防備東吳支援。
東吳方面任命朱異為假節大都督，率領三萬人屯居安豐。曹魏兗州刺史州泰率軍與朱異交戰，朱異大敗，死傷二千人。孫親率大軍進屯鑊裡，又派遣朱異率領丁奉、黎斐等人的五萬軍隊攻打曹魏。當時朱異屯於黎漿，遣將軍任度、張震等募勇敢六千人，在屯西六裡處搭建浮橋夜渡淮河，準備修築半月形的營壘，曹魏監軍石苞及州泰發現後將吳軍擊破。朱異又製造攻城武器車箱圍逼五木城，再次大敗而歸。與此同時魏泰山太守胡烈以奇兵五千從路奇襲吳軍屯放輜重所在地都陸，焚燬了朱異軍隊全部的軍備糧草。
孫又再派兵三萬命令朱異與魏軍死戰，朱異不從，孫大怒，要求朱異前往相見。此時，跟隨朱異軍中征戰的柴桑督、奮威將軍陸抗制止他去見孫，朱異於是道：“子通，家人耳，當何所疑乎！”遂堅持前往。孫見到朱異後，馬上讓力士將其從座位上抓起來。朱異道：“我吳國忠臣，有何罪乎？”但孫還是下令處死了朱異，而改派弟弟孫恩虛張聲勢前往救援，但因感覺無力再戰，自己則退回建業。
【攻破壽春】
在壽春方面，大將軍司馬昭率領二十六萬大軍，派王基和安東將軍陳騫等四面合圍，將城包圍兩重，開挖塹壕、修築堡壘。文欽等人幾次想衝出包圍，都被擊退。
【穩定運行多年的小說app，媲美老版追書神器，老書蟲都在用的換源App，huanyuanapp.org】
據《幹寶晉紀》記載：當初，壽春一帶每年都會下大雨，一下雨淮河就要漲水，一直淹到壽春城下。所以諸葛誕看見司馬昭在城下紮營非常高興，他：“是固不攻而自敗也。”可讓他沒想到的是，自從司馬昭紮營開始，就一滴雨都沒下，是少有的大旱。
孫吳退兵後，諸葛誕的部將蔣班和焦彝勸諸葛誕率主力專攻一方，以求突圍，不宜困守壽春；但文欽認為東吳救兵必至，勸諸葛誕固守。諸葛誕不聽蔣班的建議，更意圖殺掉二人，二人於是逃出城投降魏軍。
當時東吳右大司馬全琮之子全懌、孫全端、全翩、全緝等率領大軍來救援諸葛誕。全懌兄長的兒子全輝、全儀留在建業，因為他二人惹上官司，帶著母親和數十曲部渡江，投降了司馬昭。鍾會設計，秘密替全輝、全儀寫信，派遣全儀、全輝的家人進城送信給全懌，吳主因全懌等人不能拿下壽春而暴怒，要盡殺他的家人，故而才逃往北方。全懌等人聞訊，內心恐懼不安，於是開城投降。投降的人都受到禮遇，從此城中的諸葛誕開始人心背離。
甘露三年（58）正月，諸葛誕、文欽、唐諮等製造出許多進攻的武器，連續五六天，不分晝夜，強行從南面突圍。包圍的軍隊從高處用發石車發射石塊，用火箭燒燬攻城器具，箭石如雨，屍首遍野，血流滿塹壕。諸葛誕等人只能又退進城去。
城內糧食日益短缺，出城投降的人又達幾萬，文欽想把北方人全都驅趕出去，以便節省糧食，與吳國一起堅守。諸葛誕不接受這個意見，因此兩人產生隔閡。文欽本來與諸葛誕就有矛盾。只是因為特殊事宜而聚合，事情越是緊急就越不相信對方。文欽見諸葛誕什麼事都要策劃一番而不滿，於是諸葛誕殺掉文欽。文欽子文鴦和文虎知道文欽被殺，於是投降司馬昭。文鴦二人獲封賞更令壽春的兵民喪失戰意。
最終司馬昭在二月攻克壽春，諸葛誕兵敗出城逃亡，被胡奮部下士兵擊殺，諸葛誕麾下數百人於壽春被俘，堅決不降，更：“為諸葛公死，不恨。”行刑時排成一列，每斬一人都招降下一人，但始終無人投降。
吳將於詮亦力戰而死，唐諮和王祚等人則投降，司馬昭還上表給他們加封爵，士卒飢餓有病的，都供給糧食醫藥。有人吳兵必然不肯為我們效力，請求把他們活埋了。司馬昭卻：“放他們回去，才顯示出大魏的寬宏大度。”後來將他們遷徙到三河。這年四月，司馬昭回到京師，魏帝把丘頭改為武丘，以彰顯武功。
甘露三年（58）五月，在平定諸葛誕之亂後，魏帝封司馬昭為晉公，封地包括幷州的太原、上黨、西河、樂平、新興、雁門和司州的河東、平陽，共八郡，地方七百裡，加九錫，晉位相國，晉國府中置官司。司馬昭九次辭讓，天子才勉強同意了。於是增加封邑一萬戶，，食三縣租稅。兒子中沒有爵位的都封為列侯。
【淮南三叛】
淮南三叛是曹魏內部守舊勢力對於司馬家掌權派的反擊，三次叛亂分別發生在司馬懿、司馬師以及司馬昭掌權期間，然而這三次叛亂都失敗了，司馬家也就此成功剷除擁護魏帝的勢力。
此後司馬昭奪權的趨勢越加明顯，在司馬昭接受晉公和相國之位後，魏帝曹髦最終鋌而走險，發動了甘露之變。