春秋时著名军事家孙武死后一百多年，至战国中期又出现了一位卓越的军事家孙膑。他出生于齐国，是孙武的后世子孙。在年轻时，他与魏国人庞涓都求教于当时的著名学者鬼谷子学习兵法战策，以兄弟相称。孙膑年长为兄，庞涓稍幼为弟。
其时，魏惠王正大肆张榜礼聘天下豪杰，也要学秦孝公那样，要找一个商鞅式的人才。庞涓对孙膑说：“老师传授我们本领，为的是使我们报效君王。我乃魏人，正当为国效力，兄长虽齐人，如不弃，待我得意之时，当接兄长下山共事魏王。”
不久，庞涓果得魏王赏识，拜为将军，连破卫、宋，又摒齐于国门之外，一时名声大震。孙膑则一边认真研习其祖孙武留下的兵法，一边耐心等待庞涓的消息。终于，庞涓传书信来，邀孙膑赶赴魏国。其实，庞涓深知孙膑才能远胜于己，本不想引荐他，无奈有好事的禽滑厘（墨子的徒弟）极力向魏惠王推荐。惠王责备下来，庞涓不得已而为之。
庞涓不想让孙膑出头，故而在魏惠王面前假意曲说，只让孙膑当了有职无权的客卿。孙膑浑然不觉，还真心感激师弟庞涓的巧妙安排，不断托庞涓向魏惠王献计，却都被庞涓扣压住。庞涓知道长此下去不是办法，于是想出一条陷害孙膑的毒计。
一日，孙膑正在馆驿读书，忽有一位说齐国口音的汉子求见，带来孙膑失散多年的堂兄家信，信中尽诉离别之情，并劝孙膑一同回齐国效力。孙膑认为受庞涓照顾多日，没能报答恩情，实在过意不去，预备替庞涓为魏惠王出些好计谋后再回齐国不迟。他把这想法写信告诉了堂兄，并托送信人带回。送信人并未将信带给孙膑的堂兄，而是交给了庞涓。原来这正是庞涓想出的毒计。庞涓拿到孙膑的家信，立即命人以此笔体伪造了一封孙膑急欲弃魏归齐内容的信，由庞涓密呈给了魏惠王。
孙膑像庞涓对魏惠王说：“孙膑乃奇才，如被齐国重用，必对魏国不利。为了国家的利益，我忍痛请求大王您将孙膑处死吧。”
魏惠王思忖良久说：“不可！孙膑本是我请来的，现在却要杀了他，天下人会耻笑我的。”庞涓一计不成又生一计，对魏惠王说：“不如我先去劝劝他，他若肯留，则请大王重用他；如他坚持要走，请大王允许我来处理他的问题吧。”魏惠王允诺。
庞涓来到孙膑处，闲扯家常时谈起孙膑收到家书的事，庞涓建议他向魏王告假省亲。孙膑言道：“我刚到魏国，寸功未立，就提出省亲，怕不妥吧？”庞涓答道：“兄长请放心，魏王那里自有小弟担待，只需过几日呈上告假奏章即可。”
离开孙膑居所，庞涓又来见魏王，说：“启奏大王，孙膑去意已定。”不几日，魏惠王果然接孙膑的告假奏章，庞涓的话完全应验了。惠王不由大怒，下旨意拿下孙膑，刀斧手手起刀落，剜去了孙膑的两个膝盖骨，孙膑惨叫一声，昏死过去。刀斧手乘机又在孙膑的脸上刺了字。
待孙膑再醒来的时候，已是躺在庞涓家里了。庞涓两眼含泪亲自给孙膑上药，把孙膑感动得热泪涟涟。他想：师弟对我恩重如山，本想重重报答，可惜身体已坏，看来唯有将先祖传下来的兵法十三篇默写出来赠给师弟作为报答了。
孙膑强撑起残躯，伏在书案上吃力地刻写起来。既要回忆，又要刻写，重伤在身的孙膑工作的速度自然很慢。庞涓渐渐有些不耐烦了。侍奉孙膑的小书童看出来了，悄悄一打听，才知庞涓只因为要得到孙膑所学的兵法才留他一条命。
小书童于心不忍，将所听到的一切都告诉了孙膑。闻听此言，孙膑如雷轰顶，想想前后的经历，猛然醒悟过来：这禽兽一样的庞涓，兵书绝不能传给他！可不刻写，庞涓是不会放过自己的，怎么办？孙膑陷入沉思中。
孙膑忽然疯了！庞涓不信，认为孙膑是装疯。他急忙来到孙膑的居室，看到孙膑衣服脏破，发髻散乱，跪在地上像牛马一样地转圈。“你要干什么！”庞涓呵斥道。孙膑抬头见是庞涓，“蹭蹭蹭”地爬过来抱住庞涓的腿，喃喃地说：“鬼谷老师，你可来救我了，这下魏王不能把我怎么样了。”边说边用流着口水的嘴去亲吻庞涓的鞋子。庞涓厌恶地一脚将孙膑踢开：“你是个疯子。来人，把他拖到猪圈去。”
庞涓并不相信孙膑真疯了，他派人到猪圈去打探。派去的回来说，孙膑整天在猪圈里爬来爬去，饿了抓起猪粪就在嘴里塞，困了倒头便睡，庞涓这才有些相信了。
渐渐地，庞涓对孙膑的戒备松懈了，不仅允许他常爬到大街上去晒太阳，甚至有时一连二三天也忘了查问孙膑的举动。
一直暗中关心孙膑动向的禽滑厘终于等到了机会。趁齐国派使臣访魏的机会，他说服齐使，悄悄地将孙膑藏带出魏国。
因为接待齐国特使，庞涓忙得好几天都没功夫过问孙膑的事。送走齐使，一天早上梳妆时，庞涓问手下人孙膑的近况。手下人答道：“几日没见孙膑的面了，有人说他掉到河里淹死了。”“真死了吗？”庞涓轻描淡写地问了一句，没往深里追究。
孙膑到了齐国，沐浴换装，面貌一新。齐王早知孙膑的大名，如今一见，真是相见恨晚，当时就要不顾“刑徒”终身不能为官的礼制，赐孙膑高官厚禄。孙膑言道：“大王不可，我寸功未立，不能受赏。再者，如庞涓知道我还活着，一定会来攻打齐国。不如请您允许我藏而不露，待到国家有事时，我再效全力不迟。”齐王允诺。
公元前353年，庞涓领魏惠王命率大军包围了赵国都城邯郸。赵王派人向齐国求救。齐王向孙膑问计，孙膑认为应该出兵。齐王想拜孙膑为大将领兵救赵，孙膑说：“我乃刑徒之人，领兵带队恐辱大王脸面，不如请田忌大夫为大将，我辅佐他好了。”齐王就拜田忌为大将，孙膑为军师领兵救赵。
孙膑向田忌建议道：“我料赵军非庞涓对手，如按原计划救赵，恐怕我们还未到时，邯郸就已被魏军攻破了。不如我们声东击西，直接攻打魏国的都城安邑，这样，庞涓必定回兵救援，我们再在半路上埋伏好，打庞涓一个措手不及，既解了赵国之围，又可打击魏国的气焰，减少它对齐国的威胁。不知将军意下如何？”田忌说：“就依先生。”
庞涓包围了邯郸，正得意之时，忽有探马来报说齐国攻打安邑。庞涓一愣，心想齐国必藏有高人，才能想出如此妙策。他顾不得休整部队，急忙回师救援。听说国都危难，魏军人人心乱，加上连日征战，人马未歇，此时回援的魏军，丢盔卸甲，士气低落，犹如失败之师。
好容易回到魏国，看看离国都已不太远，庞涓刚想喘口气，却不料在桂陵地方中了齐军的埋伏。由于事出意外，魏军毫无防备，被齐军杀得大败。败走间，庞涓远远看见齐军阵中大旗上斗大的“孙”字，心中大惊，暗道：莫非是那瘸子不成？！遂急令撤兵。庞涓败回，多方打探，知孙膑确在齐国效力，大呼上当，一时不敢轻易犯齐境。
公元前341年，魏惠王令太子申与庞涓领兵伐韩国。庞涓接受从前攻赵的教训，劝说魏王留下足够的兵力守国，免得像上次那样被孙膑钻了空子。
魏国的大军去攻韩国，齐国的军队果然如庞涓所料故伎重演又出兵去围攻魏国的都城了。庞涓闻报，急令大军回师合围齐军。庞涓的打算，早在孙膑预料之中，他对齐军主帅田忌说：“庞涓此来，必有防备，我们只有使他骄傲轻敌，才能出其不意战胜他。”田忌素知孙膑才能，便依计而行。
刚入魏境，庞涓即探知围魏都的齐军已向东撤退，心中大喜，认为孙膑内心已怯，此时正是歼灭齐军的好机会，便指挥大队人马加快步伐向东追赶。走了一天，来到一个丘陵地带，发现地上密密麻麻全是烧火做饭的土灶。庞涓派人数了数，约有十万眼之多。追到第二天，发现齐军埋锅造饭的土灶减少了近一半；再追下去，灶眼越来越少，到第三天下午，快追到边境的时候，齐军的灶眼竟只剩了三万眼。庞涓大喜，对太子申说：“齐军胆怯，望风而逃，十万大军逃得只剩三万人了。请太子允许我带精兵轻装先行，争取一举追上并消灭齐军。”
庞涓哪里想得到，这减灶正是孙膑为引他上钩所设的巧计。马陵道上，孙膑对田忌说：“我算准今夜庞涓必至，可令一万弓箭手埋伏在山道两侧，一见火光，即行放箭，定使庞涓死无葬身之地。”遂命令士兵将林木尽数砍去，只在道中留一高大粗壮之树刮去树皮一段，上写大字：庞涓死此树下。
不出孙膑所料，庞涓率精兵天擦黑时追至马陵道。庞涓本欲止军扎营，但杀孙膑心切，又看到山道上树木横放堵塞道路，料想齐军已无心恋战，故放下心来挥兵追击。入谷已深，魏军发现孤树，忙报之庞涓。庞涓命举火来照，发现树干上的大字，还未等怒气发作，却闻听四处一阵梆声，箭矢如雨点般射来。庞涓突然明白过来，大叫：“孙膑，又中尔诡计！”急令撤退，却为时已晚，自己已身中数箭。庞涓见大势已去，长叹一声：“今番倒成就了孙膑这瘸子的名声！”说罢，拔剑自刎。
庞涓自刎庞涓死后，孙膑也没了豪情逸志，他婉言谢绝了齐王的封赏，隐居民间，专心写作其兵法心得《孙膑兵法》。《孙膑兵法》一直流传到现在。