賽畢，齊威王及王族們隻勝了一場，田忌卻勝了兩場，贏了齊威王千金。齊威王大為驚奇，詢問田忌取勝的原因，田忌便以實相告，齊威王對孫臏敬佩不已，田忌乘機將孫臏推薦給齊威王。齊威王見孫臏才智出眾，便向孫臏詢問兵法軍旅之事，孫臏侃侃而談，對答如流，其對戰爭以及當時國際形勢的分析使人折服。齊威王認為孫臏乃是爭霸天下、興邦定國的棟梁之材，便畢恭畢敬地拜孫臏為老師，不久，又拜孫臏為齊國的軍師，將軍國大事委以他。
魏惠王十七年（公元前353年）十月，魏軍經過與趙軍長時間的鏖戰，終於攻下了趙國的都城邯鄲，但此時的形勢已對魏軍十分不利，秦國的軍隊乘魏國後方空虛，已攻占了魏國的少梁，楚國的軍隊乘機攻占了魏國的南部睢水等地，攻打趙國的魏軍實力已大大消耗，軍力也疲憊懈怠。齊威王見攻打魏軍的時機已經成熟，便決定派遣大軍去救趙。
孫臏乘坐在有篷帳的車子裏隨軍出征，為大將軍田忌出謀劃策。
田忌打算統率大軍直接撲向邯鄲，以解趙圍。孫臏分析了當時的形勢，對田忌說，應該采取“批亢搗虛，圍魏救趙”的軍事謀略來解救趙國，用現在的話來說就是要避開正麵強勁之敵，攻擊敵人的虛弱之處，調動敵軍，變被動為主動，尋找機會以戰勝敵軍。孫臏還對田忌說：“想要解開亂絲，不能握緊拳頭用勁；勸解彼此鬥毆的人，不能手持武器幫著擊刺。隻要采用避實就虛的策略，敵人就會因形勢受阻而有所顧忌，就自然會主動解除對趙國的包圍。”田忌聽了他的這一番話，覺得十分有道理，準備采納他的建議。孫臏進一步解釋說：“如今魏國猛攻趙國，精兵銳將在國外苦於征戰，必定會精疲力竭，守在國內的老弱殘兵因忙於防務也會疲乏不堪，將軍您不如乘魏國國內空虛、兵力缺乏之機，率領大軍火速攻取魏國的都城大梁，占據魏國的交通要道，攻打它防務空虛的地方，魏軍必定會放棄趙國，回軍來救魏國。兵書上說：‘卷甲而趨，日夜不處，倍道兼行，百裏而爭利，則擒三將軍。’這樣，齊軍既可以救趙，又可以調動魏軍跋涉奔走，乘魏軍疲憊之時擊敗他們，我們的軍隊又可以避免同敵軍正麵作戰，減少損失。”田忌對孫臏所得出的“批亢搗虛，圍魏救趙”的軍事謀略大為讚賞，便依照孫臏之計，率領齊軍主力向魏國的都城大梁進軍。
龐涓得知了這個消息，驚慌萬分，在攻下趙都邯鄲後，顧不得部隊的休整和喘息，被迫留下少數兵力留守邯鄲，拋棄輜重，急忙率領輕車銳騎，晝夜不停地急行軍回救大梁。龐涓這樣做，雖犯了兵家大忌，卻是無可奈何之舉。他當然知道，這樣日夜行軍百裏，以求速勝，敵方若乘勢攻擊，那麼，三軍之將就會為人所擒。但為當時的形勢所迫，卻隻能如此。龐涓倉皇回救大梁，當魏軍退回到桂陵附近時，田忌及孫臏早已派遣齊軍主力在那裏等待伏擊。齊軍以逸待勞、士氣旺盛，很快就將疲憊不堪的魏軍打得大敗。這樣一來，魏國已經取得的軍事上的成功就喪失了，被迫與齊國議和，將都城邯鄲歸還給趙國。
在桂陵之戰中龐涓僥幸沒有喪命，但在十餘年後的馬陵之戰中，他就嗚呼哀哉了。魏惠王是個野心勃勃的人，他經過休整，見魏軍兵力又日漸強盛，乘齊威王聽信讒言，解除了大將軍田忌兵權之機，於魏惠王二十八年（公元前342年）派遣龐涓統率大軍去攻打趙國。趙國便聯合韓國共同攻打魏國，但屢戰失利，韓國急忙派遣使臣向齊國求救，齊威王便召集群臣商議對策，他詢問群臣說：“是早救韓國好還是晚救好呢？”有人主張坐山觀虎鬥。
此時，田忌已經恢複了大將之職，主張火速發兵去救韓國。田忌說：“如果不趕快發兵救韓，韓國兵敗便會屈服於魏國，魏國的勢力強大，就會直接威脅齊國，所以不如及早發兵救韓。”諸大臣各持己見，爭執不下。齊威王便征求孫臏的意見，他對孫臏說：“軍師一言不發，您是什麼看法呢？”孫臏說：“魏國以強淩弱，攻打韓國，韓國受挫，便會屈服於魏國，這樣對齊國不利，所以不可不救韓。但現在魏、韓兩國僅是剛剛交鋒，士氣正盛，如果在魏、韓兩國的軍隊都沒有疲憊的情況下去救韓，就等於是齊國代替韓國來承受魏軍的攻擊，這樣一來，就變成了不是齊軍指揮韓軍，反而是韓軍指揮齊軍，所以過早發兵救韓，也是不好。”齊威王聽了他的這一番話，覺得十分有道理，進一步詢問孫臏說：“依軍師的意見應該怎麼辦呢？”孫臏回答說：“魏國自恃其強，早就有攻破趙、韓兩國的意圖。我們可以先答應發兵救韓的請求，韓國恃有齊國的救援，必然會竭盡全力抵抗魏軍，這樣一來，就能極大地削弱魏國的軍隊。魏軍見韓軍頑強抵抗，也會盡全力向韓軍猛攻，韓國必然向齊國求救，我們可以趁機與韓國結盟，韓國就會依附齊國。魏軍經過與韓軍的激烈拚殺，實力會大大消耗，到那個時候，我們再發兵去救韓，既可減少損失，也可以乘勢攻擊疲憊不堪的魏軍，最終戰勝魏軍，達到救韓的目的。這樣，齊國就可以得到最大的利益，獲得最好的名聲。”