《三国演义》第一百零二回中，有诸葛亮制造木牛流马的描述：忽一日，长史杨仪入告曰：“即今粮米皆在剑阁，人夫牛马，搬运不便，如之奈何？”孔明笑曰：“吾已运谋多时也。前者所积木材，并西川收买下的大木，教人制造木牛流马，搬运粮米，甚是便利。牛马皆不水食，可以昼夜转运不绝也。”众皆惊曰：“自古及今，未闻有木牛流马之事。不知丞相有何妙法，造此奇物？”孔明曰：“吾已令人依法制造，尚未完备。吾今先将造木牛流马之法，尺寸方圆，长短阔狭，开写明白，汝等视之。”众大喜。
紧接着介绍了制造木牛之法：方腹曲头，一脚四足；头入领中，舌着于腹。……每牛载十人所食一月之粮，人不大劳，牛不饮食。造流马之法：肋长三尺五寸，广三寸，厚二寸二分……众将看了一遍，皆拜伏曰：“丞相真神人也！”
司马懿据说后，派人去抢了数匹木牛、流马，并将这些木制的牛马拆卸开来，描图画形加以仿造，不到半月，竟也造出了千余匹，一经使用，也与蜀军所造效果一样，奔走进退如活的一般。于是，魏军也用它们去陕西搬运粮草，自觉得得计，“往来不绝”。岂不知，这恰恰中了诸葛亮之计。本来，表面上看，魏军造的木牛流马与蜀军所造几无二致，但在这些牛马的口舌之内却有诀窍机关。当诸葛亮发现魏军开始用他们仿造的木牛流马搬运粮草时，禁不住心中一阵暗喜，便派上将王平率领1000名士兵以魏军妆扮混入运输队，暗中将木牛、流马口中舌头扭转，使牛马便不能行动。合法魏兵猜疑为怪物时，诸葛亮又派五百名士兵装扮成神兵，鬼头兽身，用五彩涂面，一边燃放烟火，一边驱牛马而行。魏兵目瞪口呆，觉得诸葛亮有神鬼互助，也不敢追赶，诸葛亮就这样十拿九稳地得到很多粮草。这么神奇的运输工具，能够“人不大劳，牛不饮食”，在那时可算是巧思绝作了，因而有诗赞曰：“剑关险峻驱流马，斜谷坎坷驾木牛。后世若能行此法，输将安得使人愁？”然而按照此刻的质量守恒定律，木牛流马雷同于永念头，这是不符合历史规律的，所以不少人以为，所谓木牛、流马纯系小说家的杜撰。
然而按照史书纪录，诸葛亮确实制造过木牛、流马。《三国志 　　诸葛亮传》纪录：“(建兴)九年(231)，亮复出祁山，以木牛运，粮尽退军……十二年春，亮悉民众由斜谷出，以流马运，据武功五丈原，与司马宣王对于渭南。”只管上述纪录没有《三国演义》描画得那么神奇，但也可以从中看出诸葛亮以木牛、流马运粮的历史事实。那么，木牛、流马究竟什么样的机器呢？《诸葛亮集》中的一段文字，应该是靠得住的资料：“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。曲者为牛头，双者为牛脚，横者为牛领，转者为丰足，覆者为牛背，方者为牛腹，垂者为牛舌，曲者为牛助，刻者为牛齿，立者为牛角，细者为牛鞅，摄者为牛鞭轴。牛仰双辕，人行六尺，牛行四步。载一岁粮，日行二十里，而人不大劳。”这段纪录，只管对木牛形象作了描画，而且下文还对流马的部分尺寸作了纪录，可是因为没有任何实物与图形存留后世，多年来，环绕着木牛、流马，人们作过很多推测。
一种意见以为，木牛、流马都是经诸葛亮改良的平凡独轮推车。这种说法，源自《宋史》、《后山丛谈》、《稗史类编》等史籍，以为木制独轮小车在汉代称为鹿车，诸葛亮加以改良后称为木牛、流马，北宋才呈现独轮车的称谓。这两种独轮车都很奇特，其车形似牛似马，具有奇特的运输功效。木牛有前辕，引进时人或畜在前面拉，人在背面推。而流马和木牛大抵相似，只是没有前辕，行进时不用拉，仅靠人推。值得一提的是，三国时蜀汉偏处西南一隅，马匹有限，而且多被用于骑兵作战。运粮运草主要靠人力，这样，木牛流马便应运而生，发挥了很大的作用。这种说法还以四川渠县蒲家湾东汉无名阙后面的独轮小车浮雕等实物史料为佐证，以为这些东汉的独轮车，都再现了木牛、流马的容貌。可是，有人对此颇有微辞，以为四轮车与独轮车的机器原理十分简单，无须大书特书，诸葛亮的本事也不至于如此平庸。