207年（建安十二年）孔明二十七岁，刘备请孔明出山。
208年（建安十三年）
曹操为丞相，再次征召司马懿为文学掾，言不从则擒之。司马懿害怕，不得不就职，遵曹操命与曹丕往来游处，历任黄门侍郎、议郎、丞相东曹蜀、丞相主簿。
曹操南征。刘表病逝，其子刘琮投降。刘备兵败当阳，孔明游说东吴孙权，促成孙刘联盟，使赤壁之战大败曹操。
209年（建安十四年）刘备表奏刘表长子刘琦为荆州刺史，收复荆南四郡，以亮为军师中郎将，使督零陵、桂阳、长沙三郡，调其赋税，以充军实。
211年（建安十六年）孙备入川，亮守荆州。
214年（建安十九年）刘备围雒城一年不能下，军师庞统中箭身亡，遂调亮与张赵入川，合围成都。成都平，升亮为军师将军。
215年（建安二十年）曹操征讨汉中，司马懿随军。攻下南郑后，他建议曹操进兵益州，没有被接受。
216年（建安二十一年）司马懿跟随曹操伐孙权。
217年（建安二十二年）曹操攻孙权于濡须口，孙权不敌请降。
曹操称魏王，升任司马懿为太子中庶子辅佐曹丕。后司马懿转丞相军司马，建议曹操让守边将士屯田，被接受。
217年—219年（建安二十二年—二十四年）刘备亲征阳平关，争夺汉中。亮留守成都，足食足兵。
219年（建安二十四年）
关羽围樊城，水淹于禁七军。
曹操欲迁都以避其锋。司马懿和蒋济共同劝阻，建议联合孙权，教其袭关羽之后。曹操依计行事。
孙权果遣吕蒙袭公安和江陵，擒杀关羽，向曹操上表称臣，怂恿曹操自立为帝。司马懿却说是顺应天命。
220年（魏文帝黄初元年）
正月，曹操去世。司马懿管理丧葬诸事，内外肃然，奉梓宫（帝或后的棺材）还邺。曹丕即魏王、丞相位，封司马懿为丞相长史。
当时孙权率军向西（当是收取宜都郡（含彝陵、夷道等县））。
朝臣认为襄樊缺乏粮食，请求曹仁回驻宛城。司马懿则认为：孙权新破关羽，暂时只求自保，不敢进攻。襄樊位于水路要冲，不该放弃。曹丕不听，命曹仁烧毁二城，后来孙权果然没有入侵。（也说不定是孙权听说襄樊被烧毁，取之无益，所以才没有入侵。）
十月，曹丕代汉称帝，任命司马懿为尚书，不久转为督军、御史中丞。
221年（黄初二年）司马懿改任侍中、尚书右仆射。
224年（黄初五年）曹丕南征孙权，以司马懿留镇许昌。
225年（黄初六年）曹丕又大兴舟师攻吴，升司马懿为抚军大将军，领兵五千，追加给事中，录尚书事，任命留守许昌，镇抚百姓并负责军资补给，督后台文书。
后来曹丕由广陵回师洛阳，诏曰：我在东边，你就总管西方事务；我在西边，你就总管东方事务。让司马懿继续留镇许昌。
226年（黄初七年）曹丕去世，临终以司马懿、陈群、曹真为顾命大臣。