魏国虽然在桂陵之战被齐国打败，国势受到重创，但毕竟实力雄厚，蓄精养锐十几年之后，元气又大致恢复。同时期的韩国是韩召王在位，韩召王在名相申不害内修政教，外应诸侯的辅左下国力鼎盛，因此使得南方的魏国备感威胁。周显王28年(公元前341年)，魏国大将庞涓率领魏、赵联军，直攻韩都（今河南新郑县）。韩国告急，遣使求助于齐国。
齐威王召集大臣商议，田忌主张尽快救援，邹忌则认为不救为好。军师孙膑此时献出“深结韩之亲，而晚承魏之弊”的计策，意思是齐国应与韩国维持友好关系，承诺出面救韩，但不急于发兵，先让韩魏相争，待魏国疲于攻韩之战后再出兵。齐威王采用孙膑的主张。
魏国以灭韩的气势攻打韩国，韩国虽竭力应战，仍是五战五败。此时，齐威王看魏军实力已经大损，出兵时机成熟，于是以田忌、田婴、田盼为将，孙膑为军师，出兵救韩。齐国军队这次仍然不与魏国主要军队立即正面交锋，而是直驱魏都大梁。魏惠王鉴于桂陵之战失败的经验，不敢轻敌。他加重兵力，以太子申为主将，庞涓为将军，率领10万大兵朝齐军而来。
魏军志在决战，军威旺盛，来势汹汹。孙膑建议：“彼三晋之兵素悍勇而轻齐，齐号为怯善战者，因势而利导之。”田忌认同孙膑“因势利导”的策略，利用魏军求胜心切的弱点，向后彻退，诱敌冒进。
为了诱引魏军，齐军用了“减灶法”的战略，主将田忌命人第一天造十万人吃饭的锅灶，第二天减为五万人用的锅灶，第三天则只剩下二万人用的锅灶。庞涓追逐齐军三日，见此情形，大喜：“我固知齐军怯，入吾地三日，士卒亡者过半矣。”庞涓不知是计，以为齐国军心涣散，已经有大部分士兵逃亡，于是弃其步兵，领着轻车锐骑，日夜兼程追赶齐军。
孙膑计算行程，判断魏军将于日落后追赶至马陵（今河南范县西南）。马陵道路狭窄，地势险隘，两旁树木茂盛，正是设伏最佳之地。
孙膑先命几个士兵将路边一棵大树剥去树皮，在树干上写了“庞涓死此树下”几个大字，又挑选了万名弓箭手埋伏在道路两侧的山上，并且下了一道军令：天黑之后，见到火光，齐一放箭。
日暮时分，庞涓果然率军追到马陵，发现路旁的大树被剥去树皮，上面隐隐约约有字在上头，就命士卒点起火把来看，一看到那几个大字，吃了一惊，还没想好如何反应，当下齐军埋伏的弓箭手看见火光，万弩齐发，齐军也向受困的魏军猛攻。魏军大乱，自相践踏。庞涓在混乱之间中箭，最后愤愧自杀。齐军乘胜追击，又大败魏国主力军队，俘获魏军主将太子申，歼灭魏军10万。
马陵之役战败之后，魏国国力衰退，齐、秦、赵诸国在马棱之战隔年，联军伐魏，分割魏国部分领地，魏国从此一蹶不振，而齐国则威震各方诸侯，成为东方强国。此外，影响更大的是以前晋国长年打下的国势根基，经此战后几乎殆尽，中原对西方强敌秦国的防护出现缺口。三晋各国都没有足够的国力阻绝秦国东进，中原的形势因此而改观，历史大戏的剧情将往六国如何防秦入侵的路线发展。
