孫臏得知龐涓輕騎追擊的探報，高興地對眾人說：“龐涓的末日到了！”這時，齊軍正好來到一個叫馬陵的地方。馬陵處於兩座高山之間，樹多林密，山勢險要，中間隻有一條狹窄的小路可走，是一個伏擊殲敵的好戰場。孫臏傳令：就地伐樹，將小路堵塞；另挑選路旁的一棵大樹，刮去一段樹皮，在樹幹上麵寫道：“龐涓死於此樹之下！”幾個大字。隨後，命令1萬弓箭手埋伏在兩邊密林中，吩咐他們夜裏隻要看見樹達出現火光，就一齊放箭。說話間已到傍晚，龐涓率領的沈軍騎兵果真來到馬陵。聽說前麵的道路被樹木塔塞，龐涓忙上前察看。朦朧間他見路旁有一大樹，白茬上隱約有字，遂命人點起火把。當龐涓看清樹上的那一行字時，大吃一驚，知道中了孫臏的計謀。他急令魏軍後退，但已晚了。埋伏在山林中的齊軍，萬箭齊發，猝不及防的魏軍死傷無數，亂成一團。龐涓身負重傷，知道敗局已定，拔出佩劍自殺了。齊軍乘勝追殺，將魏軍的後續部隊一氣打垮，連魏太子都給俘虜了。
孫臏巧用奇兵，接連打敗強大的魏國，威名迅速傳遍天下。馬陵大捷之後，齊王要給孫臏加官受爵，但他執意不肯，連軍師一職也請求免除。後來，他找了一處清靜的地方，招收幾個學生，總結、研究早年所學兵法知識和自己的作戰經驗，撰成《孫臏兵法》89篇，另附作戰圖4卷。
打這以後，孫臏的名氣傳遍了各諸侯國。他寫的《孫臏兵法》大概在東漢末年便已失傳。1972年在山東臨沂雀山西漢墓中又重新發現。
孫臏死後，給後人留下了一部珍貴的軍事著作——《孫臏兵法》。《孫臏兵法》古稱《齊孫子》。原有89篇圖4卷，內容十分宏博，可惜在東漢末年失傳。直至1972年4月，山東臨沂銀雀山漢墓出土了部分孫臏談兵的竹簡，經專家們長期研究整理，最後確定為16篇。這16篇雖然遠非《齊孫子》的原貌，但理論價值卻十分珍貴。它總結了戰國中期以前的大量戰爭實踐，從基本理論到戰術原則，都進一步繼承和發展了《孫子兵法》。例如，《孫臏兵法》提出“戰勝而強立”的戰爭觀，充分肯定統一戰爭的進步意義和作用，極力主張用統一戰爭去克服戰國七雄並立的封建割據局麵，這較之《孫子兵法》“兵者，國之大事”的認識前進了很大一步。《孫臏兵法》提出以“道”製勝的原則，強調必須遵循戰爭本身固有的客觀規律去指導戰爭，奪取勝利，這顯然是對《孫子兵法》中“兵者，詭道”、“兵以詐立”思想的繼承和發展，以“道”製勝較之以“詭”、“詐”製勝體現了更為深刻的理性認識。
《孫臏兵法》提出“必攻不守”的作戰指導理論，其實質就是運用大規模機動野戰的作戰方式，在戰略和戰役上實施廣泛的“批亢搗虛”、“圍魏救趙”、爭取主動、避免被動，這也是對《孫子兵法》避實擊虛理論的重要繼承和發展。《孫臏兵法》提出“富國”而“強兵”的國防思想，對當時和後世，都有巨大而深遠的意義和影響，較之《孫子兵法》中“因糧於敵”的思想，更是一個重大的繼承、發展和進步。《孫臏兵法》中有專講軍政訓練的《五教法》一篇，提出對部隊實施嚴格的政治教育、隊列訓練、行軍訓練、陣法訓練、戰法訓練，這是我國先秦時期最完整係統的軍隊教育訓練理論，較之《孫子兵法》中“令之以文，齊之以武”的治軍思想，無疑是更全麵的繼承、發展、豐富、提高。
孫臏的軍事著作中，論述了對戰爭的態度、作戰指導、治軍等問題，還明確提出了“以寡敵眾，以弱勝強”的戰略戰術原則。
一、對眾敵。孫臏首先闡述了“能分人之兵，能按人之兵，則錙〔銖〕（古代的重量單位，六銖為一錙，四錙為一兩。這裏比喻兵力少）而有餘。不能分人之兵，不能按人之兵，則數倍而不足”的作戰指導思想，並進一步指出，要根據情況，製造種種假象，迷惑敵人（“營而離之”），使敵“分離而不相救也，受敵而不相知也”，努力變敵總體上的眾為局部上的寡，我則集中優勢兵力，變寡為眾，抓住戰機，“攻其不備，出其不意”地打擊和消滅敵人。
二、對強敵。孫臏認為先要“讓威”，避開敵軍鋒芒，部署好自己的兵力，“必臧其尾，令之能歸，長兵在前，短兵在〔後〕，為之流弩，以助其急者”；交戰時可以佯裝敗退，“告之不敢，示之不能”，“以驕其意，以惰其誌”，使敵“車堅兵利不得以為威，士有勇力而不得以為強”。爾後，“坐拙而待之”。“攻其不禦，壓其駘（弱點），攻其疑”，從而取得戰鬥的勝利。這種“以弱勝強”的戰略戰術，充分說明了孫臏“虛虛實實，真真假假”和“弱中有強，強中有弱”的靈活作戰指導原則，也是新興地主階級朝氣蓬勃的精神麵貌和敢於勝利的革命精神在軍事思想中的體現，它對“弱國不可以敵強”、“小國師大國”的投降賣國主義是個深刻的批判。
三、對憑險守固之敵。孫臏著重強調了在運動中殲滅敵人和“必以為久”（持久戰）的作戰思想，要求做到“攻其所必救”，“使敵卷甲趨遠，倍道兼行，倦病而不得息，饑渴而不得食”。這樣一來，敵人便“溝深壘高不得以為固”，難打之敵也成了好打之敵。而我則“飽食而待其饑也，安處以待其勞也，正靜以待其動也”，“料敵計險，必察遠近”，“施伏設援”，“保險帶隘”，“擊其移庶”。可見孫臏這種靈活機動的運動戰、持久戰，已大大豐富和發展了孫武“因敵變化而取勝”的軍事思想，充分表明了中國古代軍事學不斷發展、前進的曆史趨勢，它對“不鼓不成列”的機械呆板的戰法，也是一個徹底的否定。