魏军好不容易将邯郸攻陷，却传来齐军压境，魏都城大梁告急的消息。庞涓顾不得休整部队，除留少数兵力防守邯郸外，忙率大军驰援大梁。没料到，行至桂陵陷入齐军包围。魏军长期劳顿奔波，士卒疲惫不堪，哪还顶得住以逸待劳的齐军？结果被打得落花流水，大败而逃，连主将庞涓也被活捉。到头来，魏国只好同齐国议和，乖乖地归还了邯郸。这就是历史上有名的“围魏救赵”之战。其实，也是孙膑对庞涓的重重一击。但孙膑并没有杀庞涓，只是训导他一番，又将他放了。
围魏救赵后第十三年（前341），魏国和赵国联合攻打韩国，韩国向齐国告急。这时候，魏国的国王仍然是魏惠王，大将还是庞涓，而齐国的齐威王已经死了，由他的儿子齐宣王为国君。这是发生在宣王二年的事情。齐宣王召集大臣商议，问：“早去救援好还是晚去救援好？”相国邹忌不同意救援。田忌说：“如果不救，韩国就要失败并入魏国，不如早去救援他。”
孙膑说：“如果韩魏的军队尚未疲惫就去救援，那就是我们在替韩国打仗，我们反倒是听从韩国的指挥了。况且魏国已经有攻破韩国的打算，韩国就要亡国，必定要到东边来向齐国告求救兵。我们趁机与韩国结下亲密的关系，晚一些去又可最大限度地利用魏军的疲惫，这样就能有最大的利益并得到受人尊敬的名声。”
齐宣王觉得这个计策好，就在暗中告诉韩国使者齐国一定出兵，然后把他送走。韩国由于依仗齐国救援，拼力抵抗魏国军队，结果一连五次战事都失败了，在没有办法的情况下，只好向东把国家托付给齐国。齐国趁势出兵，派出田忌为统帅，孙膑为军师，率领十万大军前去救援。
田忌率领的齐军，选择的进军路线是直接进攻魏国的都城大梁，这和围魏救赵之计有些相仿，让人有似曾相识的感觉。等到魏国统兵将领庞涓得到这个消息，齐军已经进入到魏国境内了。当然，这时候的庞涓是没有桂陵之战的顾虑的，因为桂陵是围赵军队回到魏国的必经之地，庞涓失败是因为中了孙膑的埋伏。这次不一样，韩国在大梁城以西，齐国军队是在大梁城以东，孙膑没有机会和条件设伏。于是，庞涓撤离韩国从容回到魏国。
