李恢在孤軍深入、又沒有諸葛亮大軍訊息的情況下，利用欺騙手段、麻痺部族武裝，而後趁其不備，發起反擊。
一舉將優勢的敵軍擊敗，並蕩平了益州南部地區，佔領了孟獲的根據地，切斷了孟獲軍的退路。
諸葛亮聽說，孟獲為當地人所信服，於是便想生擒他。
225年5月，諸葛亮大軍渡過瀘水，進入益州郡。
在克服了氣候、地形、運輸等困難後，在味縣以北地區追上了孟獲的部隊。
經過激戰，從而擊敗了孟獲的部隊，生擒孟獲。
諸葛亮帶他到營陣觀賞，問他覺得蜀軍如何，孟獲回答他：
“我之前不知你軍虛實，所以才戰敗。現今蒙賜觀看營陣，原來只是如此，必定可以勝利了。”
諸葛亮的心意在北方，又知道南人叛亂問題嚴重，便用馬謖提出的“攻心為上，攻城為下，心戰為上，兵戰為下”的方針，要孟獲心服口服。
只是向孟獲一笑，將他放走再戰。
經過七次擒縱，諸葛亮仍繼續放走孟獲。
孟獲及其他夷人開始反思，不再離去，孟獲說：“公真是天上的神威，南人不再反叛了。”
接著，諸葛亮大軍南下到達味縣地區與李恢的部隊會師。
隨後，大軍向西挺進，進兵滇池，並分兵平定了四周的部族。
這時是225年秋，整個戰役勝利結束，至12月回到成都。
南中已平定，東吳劉闡亦從交州回到吳國，打消了接管的念頭。
而諸葛亮則分南中四郡——益州、永昌、牂柯、越巂為六郡——益州、永昌、牂柯、越巂、雲南、興古，以當地人或將領統領。
有人曾勸諫諸葛亮留兵鎮守，但諸葛認為這有三不易：
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第一、若果留下外人，則要留兵駐守，留下士兵則要糧食，這是第一個不易。
第二、加上夷人新破，死傷甚多，有的父死兄喪，如留外人但沒有士兵駐守，必定成為禍患，這是第二個不易。
第三、又夷人憂怕有廢殺的罪名，自怕過失過重，若果留下外人，終不會得到信任，這是第三個不易。
最後，諸葛亮平衡各條件，決定達至“不留兵，不運糧”的政策。
於是，任李恢為建寧太守、呂凱為雲南太守，又收降爨習、孟琰等，與孟獲一起授予官職，以籠絡南人。
只有馬忠是外地人，而被任免為牂柯太守，但仍能做到受夷人所敬重。
南人的小規模叛變雖然沒有停止，但相較東漢時期，南中卻相對的平穩，而多次叛亂亦被馬忠、李恢、呂凱等快速平定。
平叛之後，諸葛亮即施“和夷”政策，這是他攻心政策的繼續。
首先是撤軍，叛亂一平定，諸葛亮就從南中撤出軍隊，不留兵，從而緩和和消除了與當地少數民族的矛盾，使“綱紀粗安”，“夷漢粗安”。
同時，儘量任用當地有影響的人物做官，如任命李恢、王伉、呂凱為南中諸郡守，孟獲為御史中丞等等，透過他們加強了蜀漢在南中的統治。
諸葛亮鎮撫南中的成功，解除了蜀漢的後顧之憂，並從中得到物力和人力的支援，使他可以專心對付曹魏，開始了北伐曹魏的戰爭。
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