公元225年5月，諸葛亮率軍從邛都到達味縣，孟獲出城迎戰。兩軍在濰縣以北展開激戰，蜀軍大獲全勝，孟獲被生擒。當月李恢也從昆明趕到，中西路大軍勝利會師，建寧郡宣告收復。

諸葛亮讓將士們列好陣勢，將孟獲帶到營前觀看並問他：

“這支軍隊怎麼樣？”

孟獲卻回答：

“以前不知道您的虛實，現在看來想戰勝您並不難。”

諸葛亮笑了，於是將孟獲及其被俘虜的部曲全部釋放，讓他整軍再戰。

結果孟獲再次被生擒，諸葛亮又放了他，就這樣經歷了七擒七縱之後，孟獲終於心服口服。他對諸葛亮說：

“公，天威也，南人不復反矣。”

隨後，諸葛亮又帶兵進至滇池，分兵平定了多個不願意歸附的小部落。直到同年秋，整個南中之亂才完全宣告平定。

此次南征三路大軍的總兵力只有兩萬人，諸葛亮身邊只帶了一個參軍楊儀，蜀中的名將如魏延、趙雲、吳懿、吳班、李嚴、高翔、陳式等人一個也沒參加。叛軍們雖聲勢浩大，但多是以部族為單位分別作戰，裝備落後，缺乏統一的指揮。因此，在諸葛亮、李恢和馬忠等人指揮的正規軍面前顯得不堪一擊。

其次就是諸葛亮戰術運用得當，比如在北水刻意等待高定集結，一戰將其擊潰。這也證明了此次叛亂確實是個別豪強大族，為了達到割據的目的而刻意挑起的分裂戰爭，並未在普通百姓中得到廣泛的支援。否則，以南中那種山高林密的地形，叛軍們如果消極避戰或躲起來打游擊。恐怕諸葛亮再有十萬大軍，也難以將其全部殲滅。

戰後，諸葛亮將建寧、永昌、牂牁、越巂四郡拆分為六個郡，增加了雲南郡和興谷郡。有人勸諸葛亮留下部分兵力駐守，但被諸葛亮拒絕。他認為南中歷來貧瘠，沒有足夠的軍糧為守軍提供給養，兵士們容易遭到蠻夷的報復，也難以得到當地百姓的信任。

因此諸葛亮最終決定不在南中留一兵一卒，官員也全部由益州本地人來擔任。比如建寧人李恢繼續擔任都督，並加官為安漢將軍，封漢興亭侯。閬中人馬忠為牂牁太守，安漢人龔祿為越巂太守，廣漢人王士為建寧太守，保衛永昌有功的呂凱被任命為雲南太守，府丞王伉升任永昌太守。

南中的人才也有很多被諸葛亮帶去了成都做官，比如拜孟獲為御史中丞，孟獲的族人孟琰為輔漢將軍。對於那些喜歡好勇鬥恨、強壯剽悍的青羌人，諸葛亮則直接將他們分為五部，單獨編成了一支軍隊，被稱作“無當飛軍”。

剩下的身體較為瘦弱的就配給當地的漢族豪強做部曲，設定五部隊專門管轄。諸葛亮還派人修建水利設施，在蠻夷部落中傳授製鹽、冶鐵、種茶等技術，自此南中地區的經濟獲得了長足的發展。這裡出產的金銀、耕牛、戰馬等物品，在之後諸葛亮的北伐戰爭中起到了至關重要的作用。

諸葛亮在南中的舉措與之前兩漢對匈奴和南越的策略非常相似，都是先用武力征服，再軟硬兼施加以籠絡。對比孫權平山越，單純靠武力鎮壓的方式，諸葛亮的繳撫並用無疑是成功的。《資治通鑑》上說：“自是終亮之世，夷不復反”，意思就是在諸葛亮的有生之年，南中的蠻夷再也沒有反叛。

這種說法明顯是誇張了，之後的南中地區其實仍舊叛亂不斷。戰事尚未結束，建寧太守王士便在赴任的路上被蠻族兵截殺。年底諸葛亮剛一離開，雲南太守呂凱和越巂太守龔祿便雙雙被叛軍殺害。

但這些叛亂最終都在沒有形成規模的情況下，便被李恢和馬忠等人迅速撲滅了。南中尖銳的民族矛盾，終究要靠年復一年的沉澱來慢慢化解，但諸葛亮不可能有足夠的時間去等待，他那剩餘的生命將只為興復漢室而燃燒。