公元前354年，庞涓觉得自己在魏国的地位稳了，就向魏惠王请命，攻打赵国。他说：“赵国近来与齐国交好，还不听魏国号令，若不趁早打服，日后必成魏国心腹大患！”魏惠王准了，让庞涓率领十万魏武卒，浩浩荡荡杀向赵国。
这魏军一路势如破竹，很快就打到了赵国都城邯郸。庞涓下令，把邯郸围得水泄不通，赵成侯急得像热锅上的蚂蚁，一面组织士兵抵抗，一面派人快马加鞭去齐国求救。齐威王接到求救信，召集大臣商议。相国邹忌说：“魏国强大，咱们别惹火烧身，不如不救。”大将田忌反对：“赵国若亡，魏国下一步就会打齐国，必须救！”齐威王看向孙膑，孙膑微微一笑：“救是要救，但不能直接去邯郸。庞涓把精锐都带去了邯郸，魏国都城大梁肯定空虚，咱们直捣大梁，庞涓必回师救援，邯郸之围自解。这就叫‘围魏救赵’！”
齐威王听了，拍手叫好，当即命田忌为大将，孙膑为军师，率领八万齐军，向大梁进发。田忌心里还有点怀疑：“军师，咱们不去邯郸，真能救赵国吗？”孙膑说：“将军放心，庞涓是个孝子，他母亲还在大梁，他绝不会让大梁有失。”
庞涓在邯郸城下，正打得起劲，忽然接到探报：“齐军攻打大梁，大梁危急！”庞涓一听，慌了神——大梁是魏国的都城，还有他的母亲在城里，要是丢了大梁，他就算打下邯郸也没用。于是，他留下副将庞葱率领三万兵马继续围邯郸，自己亲自率领五万精锐，日夜兼程回救大梁。
孙膑早就料到庞涓会走桂陵道——这条道是从邯郸回大梁的近路，两旁都是高山，中间只有一条窄路，正是设伏的好地方。他对田忌说：“将军，你派一万士兵在路两旁的山上埋伏，多备弓箭和滚石；再派两万士兵在前面诱敌，假装打不过，把庞涓引进来；剩下的五万士兵，在后面截断他的退路。我在山上指挥，必能一举擒获庞涓！”
田忌依计而行，很快就布置好了埋伏。这天中午，庞涓率领大军来到桂陵道入口。前面的齐军见了魏军，打了没一会儿就往后跑。庞涓哈哈大笑：“齐军果然是胆小鬼！想跑？没那么容易！”下令全军追击。
刚进桂陵道，忽然听见山上一声炮响，紧接着，滚石如雨点般砸下来，弓箭像飞蝗一样射过来。魏军士兵被砸得头破血流，被射得像刺猬一样，顿时乱作一团。庞涓大喊：“不要慌！冲过去！”可路太窄，士兵挤在一起，根本冲不动。
这时，后面的齐军又杀了过来，截断了魏军的退路。庞涓左冲右突，手中长枪杀了十几个齐兵，可还是冲不出去。他的副将庞葱听说主帅被围，率军来救，可刚到桂陵道出口，就被齐军拦住。庞葱虽然勇猛，可齐军人数众多，一番激战下来，庞葱身中数箭，战死沙场。
庞涓见大势已去，心里又急又恨。他看着身边的士兵一个个倒下，知道再打下去就是死路一条。于是，他换上普通士兵的衣服，带着几百个残兵，从一条没人知道的小路偷偷逃了出去。
这一战，齐军大获全胜，杀了魏军两万多人，俘虏了一万多人。庞涓回到魏国，又羞又恨，魏惠王虽然没治他的罪，可看他的眼神也不一样了。
时间一晃到了公元前341年，这十年间，庞涓一直在训练兵马，想找机会报仇。他向魏惠王建议：“韩国近来与齐国走得近，还不听魏国号令，咱们不如攻打韩国，一来能削弱韩国，二来能引诱齐国出兵，好报桂陵之仇！”魏惠王觉得有理，就命庞涓为大将，太子申为副将，率领十万魏军攻打韩国。
韩国哪里是魏军的对手，五战五败，丢了好几座城池，连都城新郑都被魏军围了。韩昭侯急了，派人去齐国求救，还说愿意把韩国的一半土地送给齐国。
齐威王又召集大臣商议。孙膑说：“韩国不能不救，但若现在就出兵，魏国士气正盛，咱们损失会很大。不如先答应韩国，让他们坚持抵抗，等魏军打得筋疲力尽了，咱们再出兵，这样既能救韩国，又能打败魏国。”齐威王听了，就派使者告诉韩昭侯：“齐国马上就出兵救韩。”韩昭侯听了，信心大增，组织士兵顽强抵抗。
