魏军虽在桂陵之战中严重失利，但是并未因此而一蹶不振，而仍具有蔚为可观的实力。到了公元前342年，它又穷兵黩武，发兵攻打比它弱小的兄弟之邦——韩国。韩国自然不是魏的对手，危急中遣使奉书向齐国求救。

韩国得到齐国答应救援的允诺，人心振奋，竭尽全力抵抗魏军进攻，但结果仍然是五战皆败，只好再次向齐告急。齐威王抓住魏、韩皆疲的时机，任命田忌为主将，田婴为副将率领齐军直趋大梁。孙膑在齐军中的角色，一如桂陵之战时那样：充任军师，居中调度。魏国眼见胜利在望之际，又是齐国从中作梗，其恼怒愤懑自不必多说。于是决定放过韩国，转将兵锋指向齐军。其含义不言而喻：好好教训一下齐国，省得它日后再同自己捣乱。

魏惠王待攻韩的魏军撤回后，即命太子申为上将军，庞涓为将，率雄师10万之众，气势汹汹扑向齐军，企图同齐军一决胜负。这时齐军已进入魏国境内纵深地带，魏军尾随而来，一场鏖战是无可避免了。仗该怎么打，孙膑胸有成竹，指挥若定。他针对魏兵强悍善战，素来蔑视齐军的实际情况，正确判断魏军一定会骄傲轻敌、急于求战、轻兵冒进。根据这一分析，孙膑认为战胜貌似强大的魏军完全是有把握的。其方法不是别的，就是要巧妙利用敌人的轻敌心理，示形误敌，诱其深入，尔后予以出其不意的致命打击。他的想法，受到主将田忌的完全赞同。于是在认真研究了战场地形条件之后，定下减灶诱敌，设伏聚歼的作战方针。战争的进程完全按照齐军的预定计划展开。齐军与魏军刚一接触，就立即佯败后撤。为了诱使魏军进行追击，齐军按孙膑预先的部署，施展了“减灶”的高招，第一天挖了10万人煮饭用的灶，第二天减少为5万灶，第三天又减少为3万灶，造成在魏军追击下，齐军士卒大批逃亡的假象。

庞涓虽然曾与孙膑受业于同一位老师——鬼谷子先生，可是水平却要相差孙膑一大截。接连3天追下来以后，他见齐军退却避战而又天天减灶，便不禁得意忘形起来，武断地认定齐军斗志涣散，士卒逃亡过半。于是丢下步兵和辎重，只带着一部分轻装精锐骑兵，昼夜兼程追赶齐军。孙膑根据魏军的行动，判断魏军将于日落后进至马陵（今山东郯城一带）。马陵一带道路狭窄，树木茂盛，地势险阻，实在是打伏击战的绝好处所。于是孙膑就利用这一有利地形，选择齐军中1万名善射的弓箭手埋伏于道路两侧，规定到夜里以火光为号，一齐放箭，并让人把路旁一棵大树的皮剥掉，在上面书写“庞涓死于此树之下”字样。庞涓的骑兵，果真于孙膑预计的时间进入齐军预先设伏区域。庞涓见剥皮的树干上写着字，但看不清楚，就叫人点起火把照明。字还没有读完，齐军便万弩齐发，给魏军以迅雷不及掩耳的打击，魏军顿时惊恐失措，大败溃乱。庞涓智穷力竭，眼见败局已定，遂愤愧自杀。齐军乘胜追击，又连续大破魏军，前后歼敌10万余人，并俘虏了魏军主帅太子申。马陵之战以魏军惨败而告终结。

马陵之战是我国历史上一场典型的“示假隐真”、欺敌误敌、设伏聚歼的成功战例。齐军取得作战胜利，除了把握救韩时机得当，将帅之间密切合作，正确预测战场和作战时间以外，善于“示形”、巧设埋伏乃是关键性的因素。所谓的“减灶”就是这场战争中“示形”的主要方式。它实际上就是孙武“能而示之不能，用而示之不用”以及“以利动之，以卒待之”等“诡道”原则的实战体现。

齐国在桂陵之战，尤其是随后的马陵之战中的大获全胜，从根本上削弱了魏国的军事实力。从此，魏国一步步走下坡路，失去了中原的霸权。而齐国则挟战胜之威，力量迅速发展，成为当时数一数二的强大国家。