而此時，趙國邯鄲已經被龐涓攻占。
《史記》“魏世家”記載：“十七年，與秦戰於元裏，秦取我少梁。圍趙邯鄲。十八年，拔邯鄲。十九年，趙請救於齊，齊使田忌、孫臏就趙，敗魏桂陵。”《史記》“趙世家”記載：“二十一年，魏圍我邯鄲。二十二年，魏惠王拔我邯鄲，齊亦敗魏於桂陵。二十四年，魏歸我邯鄲，與魏盟漳水上。
《史記》前後記載有誤。“魏世家”記載龐涓先拔邯鄲，第二年敗於桂陵；《趙世家》記載龐涓拔邯鄲與敗於桂陵，是同一年。但無論是哪一種記載，都是拔邯鄲在前，敗於桂陵在後。桂陵，在今天的河南長垣。
龐涓在邯鄲，先聽到齊軍在魏國境內被打敗，心花怒放，他認為這股齊軍不足為慮；又聽說齊軍在攻打魏國都城大梁。龐涓就決定回國救援。邯鄲已經被攻下了，趙國不足為慮，龐涓隻留下一小部分守邯鄲，然後帶著輕裝部隊南下，開往魏國。
此時的齊軍，已經被孫臏分成了三部分，一部分由田忌帶著聲勢浩大地攻打大梁，一部分在龐涓的必經之路上阻擊魏軍，主力部隊由孫臏帶著，在桂陵給龐涓設好了埋伏圈。
龐涓晝夜兼程，趕往魏國，遭到齊軍的阻擊。龐涓很輕鬆地擊敗了這股齊軍，繼續向大梁疾進。至此，龐涓相信齊軍不堪一擊，齊國的二流部隊先擊敗了齊軍，現在自己帶著精銳又擊敗了一次齊軍，那麼齊軍又有什麼害怕的呢？
龐涓像一頭瞎眼的野豬，興衝衝地撞進了孫子設在桂陵的包圍圈。
龐涓帶著的魏軍為了救都城大梁，走得很匆忙，連續幾日的奔走，已讓他們精疲力竭，而孫子帶著的齊軍早就歇息了很多天，早就等得手發癢，所以，龐涓一進入包圍圈，齊軍立即發起攻擊。魏武卒再精銳，也已經人困馬乏，體力不濟。魏軍大敗。
《孫臏兵法》記載：“孫子弗息而擊之桂陵，而擒龐涓。”龐涓是被活捉了。然而，在《史記》《資治通鑒》等史籍中，龐涓又參加了後麵的馬陵之戰，所以，有人推測龐涓沒有被俘，在戰場上逃脫了。
龐涓一直自視甚高，號稱第二個吳起。
然而，龐涓距離吳起，最少有一千裏的距離。在吳起的年代，吳起率領五萬魏武卒，一次次擊敗了西麵的秦國，逼得秦王想要把都城遷到秦嶺山中。吳起率領五萬魏武卒，創造了“大戰七十二，全勝六十四，其餘均解”的不敗戰績，讓所有的諸侯國軍隊提起魏武卒都一陣觳觫。在龐涓的年代，魏國的軍隊除了強大的魏武卒外，另外還有奮擊、蒼頭、廝徒各二十萬。奮擊指的是輕裝步兵，蒼頭指的是戴頭巾的預備役步兵，廝徒指的是軍中雜役和輜重兵。龐涓時代的魏國軍隊，比吳起時代的魏國軍隊，兵力要雄厚得多，然而，魏國卻一而再，再而三地敗於秦國之手。
魏國曆史，甚至可以說戰國曆史上，最著名的戰將都應該是吳起。在吳起死去半個多世紀後，魏國有一個將軍名叫公孫痤，帶領魏軍擊敗韓國和趙國的聯軍，取得了澮北大捷，當魏王誇獎他的時候，公孫痤說：“魏軍衝鋒陷陣，視死如歸，赴湯蹈火，刀劍不避，這都是吳起遺留下來的教誨。”相隔這麼長時間，吳起的影響力還綿延在魏軍中。這個故事記載在《戰國策》中。