孙膑和庞涓是同门师兄弟，曾经在鬼谷子门下一起学习兵法。后来庞涓在魏国做将军，他以杰出的军事才能获得了魏惠王的赏识。魏惠王招揽人才，庞涓由于妒嫉孙膑的才能，想加害于他，就借机把孙膑请到魏国。孙膑到魏国以后，庞涓在魏惠王面前诬陷他，魏惠王听信谗言，对孙膑实施了刑罚（墨刑和膑刑），弄断他的双足，又在他脸上刺字，将他变成残废。
有一次，齐国的使臣来到魏国，孙膑以受刑者的身份暗中求见，游说齐国的使者帮他逃出魏国。使者就用车子把他藏着，偷偷带回了齐国。
到齐国以后，孙膑的才能受到了田忌的赏识，就用客卿的礼节对待他，并将他推荐给齐威王。齐威王发现他有卓越的军事才能，于是让他做自己的老师。
当时，为了摆脱魏国的控制，赵成侯开展了一系列的外交活动，他和齐威王、宋桓侯相会结好，同时又和燕文公相会。赵国的行为引起魏惠王的极大不满，适逢前354年，赵国向依附于魏国的卫国发动战争，迫使卫国屈服称臣。于是魏国便借口保护卫国，派庞涓出兵包围了赵国国都邯郸（今河北邯郸西南）。
第二年，赵国向齐威王求救。齐威王想拜孙膑为大将，孙膑忙推辞说：“不行。我是个受过刑的残废人，当了大将，会被人嘲笑。还是请大王收回成命，拜田忌为大将吧。”
齐威王就拜田忌为大将，孙膑为军师，发兵去救赵国。田忌计划直奔邯郸，同魏军主力交战，以解赵国之围。孙膑不赞成这种硬碰硬的战法，孙膑说：“现在魏国出兵攻打赵国，魏国的精兵锐卒肯定都倾巢开赴邯郸，只剩下一些老弱残兵留守国内。咱们为何不利用这个机会，带兵直捣魏国都城大梁，占据他们的交通要道，袭击他们守备空虚的地方呢？那样，庞涓听到咱们去攻魏国大梁，肯定顾不上邯郸，必回师相救。这时，我们就可以在半路上拦击魏军，这既可解邯郸之围，又可以痛击魏军，岂不一举两得？”
田忌采纳了孙膑的计策，率军直趋魏国国都大梁。齐国大军到达桂陵（今河南省长垣县西北）时，孙膑便叫田忌下令将军队停了下来，孙膑说，当魏军从邯郸返回的时候，一定要经过桂陵。因此，应该在此设伏，布下阵势，到时好一举把魏军歼灭。田忌又依孙膑的计谋而行，很快把军队埋伏了下来。后来果真重创魏军。
齐兵要攻打大梁的军情，庞涓很快就知道了。他立刻命令从赵国退兵救大梁。魏国国内也动员全国兵力，任命太子申为将军，以抵御齐国军队。
孙膑建议田忌道：“韩、赵、魏三国的军队一向骁勇善战，轻视齐军，认为齐军胆怯。会打仗的人应该因势利导，《孙子兵法》说：‘从一百里外奔袭，会损失上将军；从五十里外奔袭，只有一半士兵能到达。’”
于是，田忌命令齐军进入魏国境内以后，第一天筑十万口灶，第二天筑五万口，第三天只筑二万口，这样就扰乱了敌军的视线。
庞涓率大军跟在齐军后面走了三天，越来越高兴，说：“我就料到齐军胆怯，才进入我国境内三天逃走的士兵就超过一半了。”他将步兵留下，只带领精锐骑兵，马不停蹄地追赶齐军。
孙膑估计庞涓傍晚能到达马陵。马陵道路狭窄，而且两边地势险要，利于埋伏。便命令士兵砍去一棵大树的树皮，在上面刻下“庞涓死此树下”六个大字，然后挑选齐军里擅长射箭的人，带一万张弓弩埋伏在道路两旁，约定看见火光就一齐向火光处射箭。
那天夜里，庞涓果然到达马陵。经过那棵大树时，庞涓看到白树皮上写着字，就点起火把去看。六个字还没读完，四周万箭齐发，魏军顿时大乱，各自逃命去了，一下子就溃不成军。
庞涓知道局面无法挽回，便自刎而死，并悔恨地说：“没想到我竟然成全了孙膑那小儿的名声！”
此后，孙膑的名气传遍了各诸侯国。齐国在桂陵之战和马陵之战中的大获全胜，从根本上消弱了魏国的军事实力。从此魏国逐渐失去了中原的霸权，而齐国则发展成为数一数二的强大国家。
围魏救赵，是三十六计中相当精彩的一种智谋。它的精彩之处在于，以逆向思维的方式，以表面看来舍近求远的方法，绕开问题的表面现象，从事物的本源上去解决问题，从而取得一招致胜的神奇效果。这种做法也体现了哲学范畴矛盾分析法中的“抓住主要矛盾”的方法论。