魏在桂陵之战中被齐击败，又被秦夺去河西重镇少梁即今陕西韩城西南、旧都安邑即今属山西运城，但其实力尚未根本削弱。
周显王二十五年，魏又召集邹、鲁、宋、卫等国赴逢泽即今河南开封南会盟，自称为王。齐、楚、韩等国对此不满，拒不赴会。第二年，魏命庞涓率军伐韩。
韩求向齐求救，孙膑认为可待韩、魏两败俱伤时出兵，既可令韩完全听命于齐，又有更大的把握胜魏强兵。齐威王在桂陵战后图谋继续利用三晋矛盾，给魏以致命打击，便采纳孙膑的建议，暗中许诺齐将出兵，韩则全力抗魏，五战俱败之后全面倒向齐国。周显王二十七年，齐以田朌，一说是田忌为主将、孙膑为军师，发兵救韩。
孙膑仍以攻其必救的“围魏救赵”战法，直奔魏都大梁，庞泪闻齐进军国都，便撤韩围回师。但齐军入魏境后不久，知韩围已解，又还师回齐。
魏军兴兵遣将，以太子申为上将军，庞涓为将，率军十万追击齐军，过外黄即今河南兰考东南时，太子申本欲听从徐子之议退军，但庞涓自恃精锐，邀功心切，欲全歼齐军，并深入齐本土。
孙膑见魏军来势凶猛，即因势利导，以逐日减灶之法示弱。魏军一路追来，见齐军遗灶，庞涓果以为齐军经长途跋涉，兵力已损失大半，不堪一击。竟不用主力，只率轻车锐卒昼夜兼程追赶。
齐军到达马陵，孙膑见马陵地势险隘，道路狭窄，两旁林木茂密，又估计魏军必于傍晚到达此地，遂在马陵设伏，将蒺藜布在道路上，当作沟堑。用战车和大盾构成野战的前沿壁垒，令弓弩手埋伏后面，又在战车上布置弓弩手和执戟甲士。
魏军果如期而至，进入齐军伏击圈，因连日疾行而疲惫不堪。齐军则以逸待劳，万弩齐发，全面出击，歼灭庞涓所率部众，杀庞涓，一说自杀。又乘胜进攻，掳魏太子申，全歼魏军。
马陵一战，齐军迫使魏军回救，陷于被动。针对庞涓骄傲轻敌，不过早与之决战，而以退兵减灶之计调动魏军，出奇制胜，以作战指导的高度主动性、灵活性，创造了中国古代战争史上一个出色的机动战例。