孫臏忍辱負重，借齊國使者的幫助瞞過龐涓等人的耳目，逃回齊國。齊威王同孫臏討論兵法，見孫臏兵法嫻熟，見解高深，便任命孫臏為齊國軍師。
公元前354年，龐涓率領8萬魏軍圍攻趙國都城邯鄲。趙國請齊國救援。齊威王以大將軍田忌為主將，孫臏為軍師，統兵8萬前往救趙。孫臏向田忌建議：魏軍長期圍攻趙國，主力消耗在外，魏都大梁沒有精銳部隊，如果出兵大梁，趙國之危可解。
田忌采納了孫臏的計策，出兵大梁，龐涓聞報，指揮魏軍回救大梁。在主力先期到達桂陵時，遭到了齊軍的截擊而大敗。
公元前343年，魏軍進攻韓國，韓國向齊國求救。這次，齊威王又派田忌為主將，孫臏為軍師出兵援救韓國。魏惠王派太子申為上將，龐涓為將軍，率兵10萬迎擊齊軍。
孫臏利用魏軍輕視齊軍和龐涓急切求勝的心理，故意避戰示弱，逐日減少飯灶，示假隱真，引龐涓率兵進入道狹地險的馬陵道，而事先，孫臏帶領齊軍已經做好伏擊。
龐涓中計，齊軍萬箭齊發，魏軍死傷無數，龐涓見大勢已去，羞憤難堪，拔劍自刎。齊軍乘勝猛攻，全殲了魏軍。
馬陵道大捷後，齊國名聲大振，田忌功高蓋主，受到了齊威王的猜忌，他解除了田忌大將軍的職務。田忌率領少數親信，越過齊國邊境，逃難到了楚國。跟隨田忌多年，與之關係密切的孫臏也從此悄然隱退。
隱退後的孫臏對官場失去了興趣，從此他把心思都用在了對兵學的研究上，他靜下心來著述兵書，把自己對兵學的思考總結一下，又將早年所學的兵法知識和自己的作戰經驗融入進去，昀終完成了著作《孫臏兵法》。
《孫臏兵法》共16篇，它繼承了《孫子兵法》等書的軍事思想，總結了戰國中期及其以前的戰爭經驗，在戰爭觀、軍隊建設和作戰指導上都提出了若幹有價值的觀點和原則。
它強調了戰爭的重要性，明確主張“戰勝而強立，故天下服矣”，否則就會“削地而危社稷”。它用曆史經驗說明，用戰爭解決問題。這是符合當時七雄並立，全國漸趨統一的客觀要求的。
在軍隊建設上，它認為首要的問題是“富國”，隻有“富國”才是“強兵”之急。關於強兵，它重視訓練、法製和將帥條件。提出“兵之勝在於篡(選)卒，其勇在於製”，即士兵要嚴格挑選，嚴格訓練，有良好的組織編製，做到賞罰嚴明。
強調將帥不但要具備德、信、忠、敬等品質，還要善於掌握“破強敵，取猛將”的用兵之道。軍事訓練和戰爭中要重視人的作用，認為“間於天地之間，莫貴於人”。
在作戰指導上，強調要“知道”，所謂“知道”，就是“上知天之道，下知地之理，內得其民之心，外知敵之情，陣則知八陣之經。”
孫臏還概括出一套使用八陣作戰的理論，“用陣三分，每陣有鋒，每鋒有後，皆待令而動。鬥一守二，以一侵敵，以二收”。
這就是說，用八陣作戰，可以把兵力分為主力、先鋒、後續部隊三支。作戰時隻以三分之一的兵力接敵，而以其他三分之二作為機動兵力蓄勁待敵。如果敵人弱而亂，就用精銳的部隊擊潰它；如果敵人強而嚴整，就用老弱士卒去引誘它，待它兵力分散以後，再行進攻。
強調創造有利的作戰態勢，未戰之前要“事備而後動”，意思是準備好了再打。既戰之後要靈活用兵；己強敵弱時要“讚師”，就是要示弱以誘敵出戰；敵強己弱時要“讓威”，即先退一步，後發製人；勢均力敵時要調動、分散敵人，然後集中兵力，“並卒而擊之”等等。
《孫臏兵法》具有獨特的價值，無論是在廣度還是在深度上，對《孫子兵法》和《吳子》都有極大的豐富和發展，二者前後相繼，相映成輝。人們將其提出的一些兵學範疇作為重要命題加以探討，並以其提出的用兵原則指導戰爭實踐。
另一方麵，軍事理論家和統兵將領從其“圍魏救趙”、“減灶誘敵”的戰爭實踐中學到無窮的智慧，這種靈活機動的戰略戰術成為我國軍事史上的典範。
知識點滴
孫臏受到齊威王的重用與齊國大將軍田忌有很大的關係。齊國使者到大梁來，孫臏以刑徒的身份秘密拜見，勸說齊國使者。齊國使者覺得此人是個奇人，就偷偷地把他載回齊國。齊國將軍田忌非常賞識孫臏，並且待如上賓。
田忌經常與齊國眾公子賽馬，設重金賭注。孫臏發現他們的馬腳力都差不多，馬分為上、中、下三等，於是對田忌說：“您隻管下大賭注，我能讓您取勝。”田忌相信並答應了他，與齊王和諸公子用千金來賭注。比賽即將開始，孫臏說：“現在用您的下等馬對付他們的上等馬，拿您的上等馬對付他們的中等馬，拿您的中等馬對付他們的下等馬。”已經比了三場比賽，田忌一場敗而兩場勝，最終贏得齊王的千金賭注。於是田忌把孫臏推薦給了齊威王。