孙膑来到齐国后，成为齐国贵族将领田忌的门客，田忌非常欣赏他，但一直没有机会验证他的才能，直到有一次田忌赛马，孙膑用策对论帮他取胜，他这才直到孙膑乃是真有本事。
齐使者如梁，孙膑以刑徒阴见，说齐使。齐使以为奇，窃载与之齐。齐将田忌善而客待之。
在田忌赛马中，孙膑认为，田忌的上中下等马都只比齐王对应的马弱一点点而已，如果田忌用自己的上等马对齐王的上等马，中等马对中等马，下等马对下等马，当然是赢不了的了。
但如果田忌用自己的下等马对齐王的上等马，上等马对中等马，中等马对下等马，那么比分将是2:1，从而取胜，这就是策对论在实际中最早的应用。
因为孙膑的策对论，田忌赢了齐王不少钱，他感到非常开心，也越发重视孙膑，将其奉为上宾对待。
不过，孙膑可不是到齐国来帮田忌赢钱的，他需要跟庞涓打仗，从而报仇雪恨，只不过他需要耐心等待机会。
孙膑的第一个机会，桂陵之战，虽然俘虏了庞涓，但最后齐国将其放走。
前354年，赵国突然出兵攻打卫国，占领了许多城池。但卫国是魏国的小弟，所谓魏国就出兵进攻赵国，将赵国首都邯郸给包围了。
赵国形势危急，于是派人向齐国和楚国求救，楚国因为路途遥远而没有出兵，只有齐国答应出兵。
当时齐国国君是齐威王，他下令两路大军营救赵国，一路大军进攻魏国襄陵地区，另一路大军由田忌和孙膑统帅，去赵国攻打魏军。
当时魏军统帅正是庞涓，他果然能力出众，还没等齐国大军到达，他就已经将邯郸给攻克了，然后出兵卫国，准备与正在卫国的赵军决战。
田忌与孙膑抵达齐魏边境，田忌的意思是直接去赵国与魏军决战，但孙膑表示反对，他提出了围魏救赵的策略，理由是魏军长期与赵军作战，十分疲惫且后方空虚，如果直接攻打魏国首都大梁，那么魏军必定撤军，赵国就可以得救了。
最终，孙膑说服了田忌，两人率领八万人马奔向魏国战略要地平陵，然后假装在攻打失败后气急败坏，转头攻打大梁。
庞涓得知消息后，一方面着急返回救援大梁，另一方面又觉得齐国战斗力太弱，竟然这么快就被击败了，所以胆子就更大了。
在庞涓返回的路上，孙膑又派出一队兵去阻击，依然是假装战败来麻痹庞涓，庞涓果然上当，就丢弃辎重率领轻骑兵快速向大梁靠拢。
而孙膑则率领主力部队在庞涓去大梁的必经之路桂林埋伏下来，庞涓在毫无防备之下遭到孙膑迎头痛击，魏军损失殆尽，庞涓也被孙膑俘虏。
庞子果弃其辎重，兼趣舍而至。孙子弗息而击之桂陵，而擒庞涓。
尽管孙膑很想*掉庞涓，但庞涓毕竟是魏国大将军，不能轻易*掉；再者，魏国虽然吃了败仗，但并未伤筋动骨，出于大战略上的考量，孙膑也不敢贸然*掉他，不然在齐威王那里不好交代。
前351年，在各国调停下，魏国与赵国达成和谐，魏军完全撤出邯郸，由于战略目的已经达到，所以齐威王就将庞涓给放了回去，以此表达诚意。
随后十年，齐国与魏国并无大的战事，所以孙膑也没什么机会报仇，但这不代表他就原谅了庞涓，他极力促使齐国与魏国展开全方位争霸，从而将自己的私仇柔和进去，这一招在十年后取得了效果。
孙膑的第二次机会，马陵之战，这一次他终于狠下心来，不但*掉庞涓，还将魏国拉下马。
虽然魏国在前354年败于齐国，但魏国并没有停止继续称霸的道路，先是联合韩国击败了齐国，又单独击败了秦国，逼得齐国和秦国承认魏国的霸主地位，魏国的势力也达到历史巅峰。
历史上没有记载庞涓在此过程中扮演了什么角色，但从后来庞涓骄傲自满的态度看，他或许在魏国争霸过程中起到了很大作用，在魏国的地位也日益高涨，最终成为军中首屈一指的大人物。
前343年，魏国竟然擅自称王，韩国对此十分不满，魏国就出兵攻打韩国。
此时，孙膑在齐国的地位也非常高，就连齐威王都十分尊崇他，凡事都要询问他的意见。
