後來魏國攻趙，趙國危急，向齊國請求救援。齊威王想任命孫臏為將，孫臏推辭謝絕說：“受過刑的殘疾人不可為將。”於是任田忌為將，而孫臏為軍師，坐於輜車之中籌劃計謀。田忌要引兵到趙國，孫臏對田忌說：解除雜亂糾紛不能用拳頭；解救爭鬥不能以手剌人。避實擊虛，利用形勢來牽製敵人，才能不救而自可解除。現在魏國與趙國正相互攻戰，精兵銳卒必定全部用於國外作戰，老弱病殘留在國內。您還是引兵迅速前往大梁，占據街路交通要道，攻擊敵人弱點，他們必然會放棄進攻趙國而回兵自救。這是我們一舉解除趙國之圍而同時又收到攻擊魏國弊弱的效果。田忌接受了孫臏的計謀。魏國果然離開了趙國的邯鄲，回軍與齊軍戰於桂陵。結果大敗魏軍。
十三年後，魏國聯合趙國進攻韓國。韓國向齊國告急求援。齊國任命田忌為將前去，直攻大梁。魏國將軍龐涓聞訊，急忙從韓國趕回，但齊軍已越過西部邊境攻入魏國。孫臏對田忌說：“他們三晉的魏、趙、韓軍隊，素來驃悍勇武而輕視齊軍，稱齊軍為怯懦。善於戰鬥者要因勢而利導。兵法上說，行軍百裏與敵爭利者損上將，行軍五十裏與敵爭利者隻有一半的軍隊才能趕到。齊軍攻入魏地時先造十萬個灶，第二天為五萬灶，再過一天為三萬灶。”龐涓行軍追趕了三日，見齊軍炊灶日益減少心中大喜說：“我本來就知道齊軍怯懦，進入我國境內三天，士卒就逃亡了一大半。”於是隻率輕騎銳卒日夜加速追趕。孫臏估計龐涓的行軍速度，天黑即可趕到馬陵。馬陵道路狹窄，旁多阻險，可埋伏兵馬。於是命人削去一棵大樹的樹皮，在露出的白木上寫了：“龐涓死於此樹下。”然而命令齊軍中善於射箭者拿了一萬張弓弩，埋伏在道路兩旁，預先與他們說好：“夜裏見到有人舉火就萬箭俱發。”龐涓果然夜晚來到削去樹皮的大樹下，見白木上寫著字，便鑽火照明。字未讀完，齊軍萬箭俱發，魏軍大亂而互相顧此失彼。龐涓自知智窮兵敗，便自刎說：“成全了孫臏這小子之名吧！”齊軍乘勝全殲魏軍，俘虜了魏國太子申回國。孫臏以此名顯天下，世人傳習他的兵法。