诸葛亮晚年一心想与曹魏争夺中原，曾率军五出祁山。北伐曹魏，最终都因蜀魏双方力量悬殊铩羽而归。他本人也于第五次北伐时，因病卒于五丈原军营中，“出师未捷身先死”，成为他终生的遗憾。但他在北伐中所发明的“木牛流马”，千百年来一直为人们津津乐道，并给后人们留下了千古之谜。
关于诸葛亮的木牛流马，在史书中多有记载。《三国志·诸葛亮传》载：“建兴九年春二月，亮复出军围祈山，如以木牛运。”“十二年春，亮由斜谷出，始以流马运。”《三国演义》第一百零二回记载，诸葛亮率军复出北伐，与司马懿对峙于祁山。由于大军远离蜀地，为解决军中的粮草军需供应问题，派人于祁山前的葫芦谷内大造“木牛流马”。诸葛亮还提供了详细的说明书：木牛者，“方腹曲头，一脚四足，头人领中，舌着于腹。载多而行少，宜可大用，不可小使；特行者数十里，群行者二十里也。……每牛载十人所食一月之粮，人不大劳，牛不饮食”。流马“尺寸之数，肋长三尺五寸，广三寸，厚二寸二分，左右同。”此外，关于木牛流马各部分零件的具体尺寸也都有详细的记载。
尤引人注目的是，《三国演义》中对木牛流马的记载几乎到了神乎其神的地步。木牛流马造出之后，“宛然如活者一般，上山下岭，各尽其便”。诸葛亮派右将军高翔，引一千兵驾着木牛流马，从川内直抵祁山大寨，往来搬运粮草，解决了出川作战的十万大军的粮草供应问题。
当司马懿得知蜀军造出木牛流马之事后，便派人偷袭蜀军的运粮队伍，抢得了几匹木牛流马，回到军营中加以仿造，不到半个月，也造成二千余匹，与蜀军所造几无二致，奔走进退如活的一般，便用它去陕西搬运粮草，“往来不绝”。哪知这恰恰中了诸葛亮的计。原来，这木牛流马表面看来都差不多，但在口舌之内却有相当重要的机关。诸葛亮看到魏军开始用仿造的木牛流马搬运粮草，便派大将王平带领一千军兵，假扮魏人，袭击魏军的运粮队伍，驱散魏军押送粮草的兵士，将木牛流马赶向蜀营。当魏军追来时，王平命蜀兵扭转木牛流马内的舌头，皆弃于道上，然后且战且走。魏军重新夺回了木牛流马，但他们万万没有想到，此时的木牛流马再也不听使唤了，任凭军士们怎么驱赶，牛马纹丝不动。正当魏军无可奈何之际，四周杀声四起，魏延、姜维带两路蜀军杀来，与此同时，王平又杀了个回马枪。三路夹攻，魏军大败。得胜后的蜀军将木牛流马的舌头重新扭转，它们又能行走自如。这样，魏军不仅丢了大批粮草，还帮助蜀军造了二千多匹木牛流马。
正因为木牛流马有诸多如此传奇的地方，它也就越传越广，越传越神奇。从史书中所载的关于木牛流马的详细尺寸等资料来看，木牛流马应该确有其物。但问题在于，尽管史书对其有详尽的尺寸描绘，但却没有任何实物或图形流传下来，后人难以复制，也就无法窥测其中的奥妙与机窍。
目前大多数教科书都笼统地说，木牛流马是诸葛亮发明的一种运输工具。到底是一种什么样的运输工具呢？有学者认为，诸葛亮的木牛流马实际上就是如今在四川地区仍大量存在的四轮车与独轮车。所谓的木牛，就是四轮车；所谓流马，就是独轮车，它在四川又叫鸡公车。这两种运输工具的尺寸虽然与史书记载中的木牛流马不尽相符，但从其工作原理上来看，有它成立的理由：木牛的载重量比较大，行进缓慢，比较适宜在平缓的道路上运行；流马则是专门用于山区运输的工具。诸葛亮北伐曹魏，所需粮草需从遥远的川西平原运到秦陇地区，沿途既有平原，也有山地。尤其是出川的“蜀道”，艰险崎岖，沿江的许多栈道开凿于峭壁之上，又窄又险，有的只有一米多宽，也只能容纳流马这种独轮车通过。另外，蜀汉偏处西南一隅，土地人力都有限，马匹也有限。为了与北方曹魏的骑兵抗衡，大多数马匹都被用于作战。运输粮草大多要靠人力，而以人工为主的木牛流马恰恰弥补了这一缺陷，故而被蜀军大规模地使用。
陈从周、陆敬严根据文献及实地考察川北广元一带现存的古栈道遗迹、及其宽度、坡度及承重等因素后指出，木牛流马是独特的独轮车，其车形似牛似马，具有特殊的运输功能。木牛有前辕，引进时人或畜在前面拉，还有人在后面推。流马不是四轮车，它与木牛大致相似。但流马没有前辕，进行时不用人拉，仅靠推，车形似马。
对上述看法持有疑问的人指出，独轮车、四轮车的机械原理十分简单，而且独轮车在此之前就已存在了，若诸葛亮只不过是“沿用”而已，何至于史书上大书特书呢？
因此，诸葛亮的木牛流马究竟是什么样子的，至今仍然是一个谜。