因為接待齊國特使，龐涓忙得好幾天都沒功夫過問孫臏的事。送走齊使，一天早上梳妝時，龐涓問手下人孫臏的近況。手下人答道：“幾日沒見孫臏的麵了，有人說他掉到河裏淹死了。”“真死了嗎?”龐涓輕描淡寫地問了一句，沒往深裏追究。
孫臏到了齊國，沐浴換裝，麵貌一新。齊王早知孫臏的大名，如今一見，真是相見恨晚，當時就要不顧“刑徒”終身不能為官的禮製，賜孫臏高官厚祿。孫臏言道：“大王不可，我寸功未立，不能受賞。再者，如龐涓知道我還活著，一定會來攻打齊國。不如請您允許我藏而不露，待到國家有事時，我再效全力不遲。”齊王允諾。
公元前353年，龐涓領魏惠王命率大軍包圍了趙國都城邯鄲。趙王派人向齊國求救。齊王向孫臏問計，孫臏認為應該出兵。齊王想拜孫臏為大將領兵救趙，孫臏說：“我乃刑徒之人，領兵帶隊恐辱大王臉麵，不如請田忌大夫為大將，我輔佐他好了。”齊王就拜田忌為大將，孫臏為軍師領兵救趙。
孫臏向田忌建議道：“我料趙軍非龐涓對手，如按原計劃救趙，恐怕我們還未到時，邯鄲就已被魏軍攻破了。不如我們聲東擊西，直接攻打魏國的都城安邑，這樣，龐涓必定回兵救援，我們再在半路上埋伏好，打龐涓一個措手不及，既解了趙國之圍，又可打擊魏國的氣焰，減少它對齊國的威脅。不知將軍意下如何?”田忌說：“就依先生。”
龐涓包圍了邯鄲，正得意之時，忽有探馬來報說齊國攻打安邑。龐涓一愣，心想齊國必藏有高人，才能想出如此妙策。他顧不得休整部隊，急忙回師救援。聽說國都危難，魏軍人人心亂，加上連日征戰，人馬未歇，此時回援的魏軍，丟盔卸甲，士氣低落，猶如失敗之師。
好容易回到魏國，看看離國都已不太遠，龐涓剛想喘口氣，卻不料在桂陵地方中了齊軍的埋伏。由於事出意外，魏軍毫無防備，被齊軍殺得大敗。敗走間，龐涓遠遠看見齊軍陣中大旗上鬥大的“孫”字，心中大驚，暗道：莫非是那瘸子不成?!遂急令撤兵。龐涓敗回，多方打探，知孫臏確在齊國效力，大呼上當，一時不敢輕易犯齊境。
公元前341年，魏惠王令太子申與龐涓領兵伐韓國。龐涓接受從前攻趙的教訓，勸說魏王留下足夠的兵力守國，免得像上次那樣被孫臏鑽了空子。
魏國的大軍去攻韓國，齊國的軍隊果然如龐涓所料故伎重演又出兵去圍攻魏國的都城了。龐涓聞報，急令大軍回師合圍齊軍。龐涓的打算，早在孫臏預料之中，他對齊軍主帥田忌說：“龐涓此來，必有防備，我們隻有使他驕傲輕敵，才能出其不意戰勝他。”田忌素知孫臏才能，便依計而行。
剛入魏境，龐涓即探知圍魏都的齊軍已向東撤退，心中大喜，認為孫臏內心已怯，此時正是殲滅齊軍的好機會，便指揮大隊人馬加快步伐向東追趕。走了一天，來到一個丘陵地帶，發現地上密密麻麻全是燒火做飯的土灶。龐涓派人數了數，約有十萬眼之多。追到第二天，發現齊軍埋鍋造飯的土灶減少了近一半；再追下去，灶眼越來越少，到第三天下午，快追到邊境的時候，齊軍的灶眼竟隻剩了三萬眼。龐涓大喜，對太子申說：“齊軍膽怯，望風而逃，十萬大軍逃得隻剩三萬人了。請太子允許我帶精兵輕裝先行，爭取一舉追上並消滅齊軍。”
龐涓哪裏想得到，這減灶正是孫臏為引他上鉤所設的巧計。馬陵道上，孫臏對田忌說：“我算準今夜龐涓必至，可令一萬弓箭手埋伏在山道兩側，一見火光，即行放箭，定使龐涓死無葬身之地。”遂命令士兵將林木盡數砍去，隻在道中留一高大粗壯之樹刮去樹皮一段，上寫大字：龐涓死此樹下。
不出孫臏所料，龐涓率精兵天擦黑時追至馬陵道。龐涓本欲止軍紮營，但殺孫臏心切，又看到山道上樹木橫放堵塞道路，料想齊軍已無心戀戰，故放下心來揮兵追擊。入穀已深，魏軍發現孤樹，忙報之龐涓。龐涓命舉火來照，發現樹幹上的大字，還未等怒氣發作，卻聞聽四處一陣梆聲，箭矢如雨點般射來。龐涓突然明白過來，大叫：“孫臏，又中爾詭計!”急令撤退，卻為時已晚，自己已身中數箭。龐涓見大勢已去，長歎一聲：“今番倒成就了孫臏這瘸子的名聲!”說罷，拔劍自刎。
龐涓死後，孫臏也沒了豪情逸誌，他婉言謝絕了齊王的封賞，隱居民間，專心寫作其兵法心得《孫臏兵法》。《孫臏兵法》一直流傳到現在。