孙膑围魏救赵后的第13个年头，魏国伙同赵国一起攻打韩国，韩国告急，向齐国求援。齐威王再次派田忌为将，孙膑为军师，令他们前去救韩。
田忌有了“围魏救赵”的经验，胸有成竹，准备把计策再用一次。于是上千辆兵车驶出齐国国境时，田忌要指挥齐军急速直奔魏都大梁，孙膑却让田忌叫大军早早安营扎塞。
田忌问：“军师，兵贵神速，怎么可以早早休息？”
孙膑说：“现在魏国刚刚向韩国发动进攻，如果我们急忙出兵相助，实际上就是我们代替韩国承受魏军最初的打击，不是我们指挥调度韩军，反而是听任韩军的指挥调度，所以说马上去奔袭魏都大梁是不合适的。只有当魏韩这两虎争斗一番以后，我们再发兵袭击大梁，攻击疲惫不堪的魏军，挽救危难之中的韩国，这样对我们才更有利。”于是齐军在路上磨蹭了一个多月，才向大梁发起攻击。
魏王见齐军打来，急忙命令庞涓从韩国带兵救魏，又派太子申为上将军，与庞涓合兵10万，抵抗齐军。孙膑知道庞涓的部队将到，向田忌献上“减灶诱敌”的妙计。
当魏齐两军刚刚遭遇，还没交锋，孙膑就下令部队撤退。庞涓追到齐军驻地，只见地上满是挖掘煮饭用的灶头。连忙叫士兵去清点，根据灶头的个数庞涓估计齐军有10万之众。齐军一连三天急急退却，每次庞涓都派人去数齐军留下的灶头，第二次发现齐军留下的灶头数目，只够5万人煮饭了；第三次，减少到只够3万人煮饭了。庞涓得意地说：“我早就知道齐军胆小怕死，进入我国境内才3天，兵士就逃走了大半。”于是他抛下大队人马，沉重的武器和粮草，只带一支轻装队伍，昼夜兼程，紧紧追赶齐军。这一天，齐军退到马陵道。孙膑见这里路狭道窄，两旁又多险阻，很适宜设兵埋伏。计算庞涓的行程，估计他将在黄昏时可以赶到这里，于是命令士兵砍下一些树木堵塞去路，又选了一棵大树，将那大树面对路的树干，砍去一大块皮，在光滑洁白的树身上写了一行黑字：“庞涓死于此树下”。接着，孙膑命令一万名弓箭手夹道埋伏，对他们说：“等到魏军来到，大树底下有人点火，就万箭齐发。”
天刚黑，庞涓真的领兵追到马陵道。在士兵们搬拦路的树木时，有人发现路旁大树上的字，忙向庞涓报告。庞涓叫士兵点燃火把一看，上面写着“庞涓死于此树下”几个大字，不由得大惊。此时，齐军伏兵对准火光处万弩齐发，箭如雨下，魏军死伤无数，庞涓也身中几箭，倒在血泊之中。他自知中计，绝难脱身，只得拔剑自杀。齐军乘胜追击，俘虏了魏太子申，彻底打败了魏军。