公元前362年，魏惠王将魏国国都从安邑（今山西夏县）迁到大梁（今河南开封），打算以中原为根基，开疆拓土，经过开凿鸿沟，修筑长城，选拔武卒等措施，魏国盛况空前，国力鼎盛，笑傲中原。
魏惠王东迁后，中原呈现“一超三强”的局面，宋、卫等弱小诸侯国和三强之一韩国都向魏国朝贡，而另外两强赵国和齐国都不愿意臣服魏国。
公元前354年，赵国发兵攻打卫国，占领了富丘。俗话说：“打狗也得看主人。”魏国作为卫国的老大，小弟受欺负了，老大当然得出面找回场子；于是魏国叫上卫、宋，共同进攻赵国，很快便打到赵国国都邯郸，赵国面临着灭亡危机。
公元前353年，赵国向齐国请求救援，齐威王召集群臣商议，国相邹忌认为不救为好，明哲保身。段干朋认为赵国一定要救，如果任凭魏国吞并赵国，魏国的国力又将得到进一步提升，到那时，邻近的齐国还怎么独善其身呢？但是如果我们直接去支援邯郸，就必须和魏国主力硬碰硬，于我军不利；不如先派遣一支部队驻扎在邯郸郊外，佯攻恐吓魏军，再派遣另一支军队南下进攻魏国襄陵，这样就算赵国被攻破，我们便可趁魏军兵疲马乏战胜他们。
孙膑的意见与段干朋相似，不过孙膑建议趁魏军攻赵，主力尽出，齐军可以直捣魏国国都大梁，引庞涓回援后将其歼灭。
齐威王采取了孙膑的建议，命田忌为主将，孙膑为军师率八万齐军前往支援赵国。令人不解的是，孙膑突然建议进攻宋卫之间的战略要地平陵。平陵城易守难攻，人口多兵力强。齐军到达平陵后，田忌又派两个才能平庸的将领负责攻城，结果齐军被横邑和卷邑的援军反包围，齐军大败。
事实上，攻打平陵是孙膑故意为之，一是为了塑造齐军无能的假象，麻痹庞涓；二是掩盖齐军围魏救赵的真实意图；三是吸引横、卷两邑的魏军到平陵支援，如此都城大梁便只剩下老弱病残。庞涓听说平陵城大捷，果然放松了警惕，开始全力进攻，最终攻陷了邯郸。而孙膑派遣轻车部队，迅速抵达大梁城外，兵围大梁，魏惠王见齐军突然出现，惊恐不已，急忙传召庞涓回军护驾。
同时孙膑率领齐军主力在庞涓的必经之路桂陵处埋伏。庞涓为了加快速度回援，连辎重补给都没有带，日夜兼程往回赶。孙膑派出小部队佯攻庞涓，故意战败后退，庞涓轻敌，认为齐军兵力不足，不堪一击，于是率军急行追赶，进入了孙膑早已布下的圈套，齐魏两军在桂陵处交战，庞涓寡不敌众，战败被擒。
桂陵之战并没有击溃魏军主力，赵国都城邯郸依然被魏国所占领。直到公元前351年，魏惠王与赵成侯在漳河结盟，魏军撤离邯郸，也是在此时，齐国释放庞涓，回到魏国继续为将。
