韩求救于齐。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。齐威王于桂陵战后图谋继续利用三晋矛盾，给魏以致命打击，遂采孙膑之议，暗中许诺齐将出兵，韩得此诺即全力抗魏，五战俱败之后全面倒向齐国。二十七年，齐以田朌(一说田忌)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，遂撤韩围回师，欲击齐军于大梁，然齐军在过阿(今山东阳谷东北)、鄄(今鄄城北)入魏境不久，知韩围已解，即还师回齐。魏军不甘计划落空，兴兵遣将，以太子申为上将军，庞涓为将，率军10万追击齐军，过外黄(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。其志益骄，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，将蒺藜布于前，当作沟堑;以战车、大盾构成野战的前沿壁垒，令弓弩手埋伏其后;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。魏国实力大损，其势始衰，齐、秦逐渐成为东西方对峙的强国。马陵一战，齐军再次运用“批亢捣虚”(《史记·孙子吴起列传》)之策，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，创造了中国占代战争史上一个出色的机动战例。

齐国在桂陵之战，以及在随后的马陵之战中的大获全胜， 并援救了赵韩两国，使得其威望上升，挟战胜之威，齐国力量迅速发展，成为当时数一数二的强大国家，称霸东方。魏国在桂陵之战与马陵之战遭受重创后，军事实力从根本上被削弱，又被秦国乘虚而入，从此丧失了与齐秦两国争霸的能力。

齐魏马陵之战是《孙子兵法》和《孙膑兵法》的具体运用，闪烁着孙膑军事思想的光辉。作为中国古代军事 史上的一个著名战例，齐魏马陵之战知名度高，传播范围广，影响大，不仅有极高的军事研究价值，而且对新时期政治、经济、文化、外交都有重要的借鉴意义。