庞涓打了三个月，才打下新郑外围，魏军也死伤了不少，士兵都很疲惫。这时候，齐国出兵了，还是田忌为大将，孙膑为军师。孙膑还是用老办法，不打韩国，直捣大梁。
庞涓接到探报，气得咬牙切齿：“孙膑这小子，又来这一套！真当我好欺负不成？”他留下太子申率领五万兵马继续攻韩，自己率领五万精锐，回师追击齐军。
孙膑知道庞涓来了，就对田忌说：“庞涓认为齐军胆小，咱们就顺着他的意思，用减灶之计诱他上当。”田忌问：“何为减灶之计？”孙膑说：“第一天，咱们扎营时，设十万个灶，让他知道咱们有十万兵马；第二天，减到五万灶，让他以为咱们跑了五万；第三天，只设三万灶，让他以为咱们只剩三万人了。他肯定会觉得咱们胆小怕战，抛下步兵，只带轻骑追击，到时候咱们再设伏，必能擒杀他！”
田忌依计而行。第一天，庞涓派人查探齐军的灶数，听说有十万灶，心里还很谨慎；第二天，听说五万灶，觉得齐军开始逃亡了；第三天，听说三万灶，庞涓哈哈大笑：“齐军果然胆小，才三天就逃了七万多人！孙膑啊孙膑，这次我看你往哪跑！”
他手下的谋士公子卬劝道：“将军，齐军可能有诈，咱们还是小心为妙，带上步兵一起走。”庞涓不听：“我了解孙膑，他就是想跑！我要是不追上他，报不了桂陵之仇，誓不罢休！”于是，他抛下步兵，只率领两万轻骑，日夜兼程追击齐军。
孙膑早就算好了，庞涓会走马陵道。这马陵道比桂陵道更险，两旁都是参天大树，中间的路只能容两匹马并行，天黑后更是伸手不见五指。
孙膑下令：“把路两旁的树都砍了，只留下中间一棵大树，把树皮剥了，在上面写上‘庞涓死于此树之下’七个大字。再派一万名弩手，埋伏在路两旁的树林里，每个人都带三十支箭，约定好，只要看见树下有火光，就一起放箭，不许放过一个魏军！”然后，他让田忌率领大军在后面接应，自己带着少量士兵，假装继续逃跑，引诱庞涓进入马陵道。
这天黄昏，庞涓率领两万轻骑，追到了马陵道入口。前面的齐军跑得更快了，庞涓一心想追上孙膑，报桂陵之仇，没多想就率军进了马陵道。刚走了一半，天色就暗了下来，路也越来越窄。忽然，士兵来报：“将军，前面的路被砍倒的树挡住了！”
庞涓皱起眉头，催马来到前面，看见中间有一棵大树，树皮被剥了，上面好像有字。他心里有点疑惑，可又想知道上面写的是什么，就让人点起火把。火把一照亮，庞涓就看见了“庞涓死于此树之下”七个大字，顿时吓得魂飞魄散：“不好！中计了！”
话音刚落，只听见两旁的树林里一声梆子响，紧接着，万箭齐发。那箭雨来得又快又密，像乌云一样罩住了魏军。魏军士兵来不及躲闪，纷纷中箭倒地，惨叫声、马蹄声、箭雨声混在一起，乱成一片。
庞涓想拔剑指挥士兵突围，可刚举起剑，就有几支箭射中了他的肩膀和大腿。他从马上摔下来，看着周围的士兵一个个倒下，知道自己再也逃不出去了。他想起了师父鬼谷子的话“遇羊而荣，遇马而亡”，才明白“马”指的就是马陵道。他又想起自己陷害孙膑的往事，想起桂陵之战的惨败，心里又悔又恨。
庞涓仰天长叹：“我庞涓一生征战，没想到今天竟死在孙膑这小子手里，这真是天意啊！我这一辈子，就毁在一个‘妒’字上，今日一死，也算报应！遂成竖子之名！”说完，他拔出剑，往脖子上一抹，鲜血喷溅在那棵大树上，染红了“庞涓死于此树之下”七个大字。
这时，田忌率领的齐军主力也杀了过来，把剩下的魏军全部消灭。然后，齐军又回师攻打太子申率领的魏军，太子申没了庞涓的支援，很快就被打败，成了齐军的俘虏。
马陵之战，魏军十万大军全军覆没，太子申被俘，庞涓自刎身亡。消息传到魏国，魏惠王当场就哭了：“魏国的霸业，全完了！”从此，魏国元气大伤，再也没有能力称霸诸侯，而齐国则一跃成为战国七雄中的霸主。
司马光在《资治通鉴》里也
