孙膑曾与庞涓一起学习兵法。后来庞涓在魏国做将军，自认为才能比不上孙膑，妒忌他，就把孙膑请到魏国设计陷害他，砍下他的双脚，又在他脸上刺字，让他一辈子不能做官任职。
有一次，齐国的使者来到魏国，孙膑暗中求见，说动了齐国的使者，使者就用车子把他藏着，偷偷带回了齐国。到齐国以后，田忌发现孙膑有过人之智，十分礼待他，还将他推荐给齐威王。齐威王向孙膑请教兵法，对他非常佩服。
周显王十五年(公元前354年)，魏惠王攻打赵国，包围了邯郸。齐威王决定援救赵国，任命田忌为大将，孙膑为军师。田忌想率军直奔赵国，孙膑说：“想劝开打架的人，不可以自己也挥着拳头动手;想制止械斗的人，不可以自己也拿起棍棒格斗。避实而就虚，造成不得不停手的形势，那么问题也就解决了。如今魏国攻打赵国，主力精锐一定全部出动，国内就剩下老弱残兵。您不如率军突袭魏国的都城，占据交通要道，进攻防守薄弱的地方，魏军一定会放弃邯郸回兵自救。那么我们就一举两得，既解了邯郸之围，又趁机打击了魏国。”田忌听从孙膑的建议，魏军果然回救，在桂陵被齐军打得大败而逃。
周显王二十八年(公元前341年)，魏王让庞涓率军攻打韩国，韩国向齐国求救。齐威王召集大臣，问道：“韩国派使者前来求救，你们看早出兵好，还是晚出兵好?”成侯回答说：“依臣之见，还是不救为好。”田忌说：“如果我们不救，韩国必败。那么，韩国就投向魏国了。我看，不如早些救援。”孙膑说：“韩、魏两国刚开战，双方都没有疲惫。如果我们现在出兵救韩，岂不是听命于韩国，替它挨打吗?因此，我们可以答应韩国，但要晚些出兵。这样，我们既可以获得重利，又可以得到美名。”齐王听了，连声叫好。于是，他答应了韩国使者，然后打发他回国了。韩国见齐国答应救援，有了靠山，便坚持苦战，但打了五仗都失败了。这时，齐国出兵了。
这次，齐王仍然让田忌担任大将，孙膑担任军师。田忌按照孙膑的计谋，直捣魏都。庞涓闻讯，只得回军。魏王让太子申担任大将，和庞涓一起抵抗齐军。孙膑对田忌说：“魏军一向轻视齐军，我们可以因势利导，让他中计。”于是，孙膑让大军进入魏境后，第一天驻军做饭时，挖了十万个灶，第二天挖了五万个，第三天挖了两万个。庞涓见了，大喜道：“我早就知道齐国人胆小，果然如此。齐军才进入我们国境，三日就逃走一半以上了。”于是，他抛下步军，率领骑兵兼程追赶。孙膑估计庞涓晚上会赶到马陵道，又见马陵道十分狭窄，两边地形凶险，适于设伏。于是，他将马陵道上一棵大树的树皮砍掉，在上面写道：“庞涓死于此树下。”然后让一万名齐兵手持弓弩，埋伏在马陵道两边，叮嘱他们说：“晚上看见树下火起，就向马陵道上射箭。”晚上，庞涓追到树下，见白白的树干上仿佛有字，便命令士兵点上火把照着读。他还没有读完，两边万箭齐发，魏军大乱。庞涓发现自己中计，已经没有活路，便拔剑自刎了。
