他把孙膑的境遇告诉了齐国大将田忌，又讲述了孙膑的杰出才能。于是，田忌派人到魏国，乘庞涓疏忽，在一个夜晚，先用一人扮作疯了的孙膑把真孙膑换出来，脱离庞涓的监视，然后快马加鞭迅速载着孙膑逃出了魏国。直到此时，假孙膑才突然失踪。庞涓发现时，已经晚了。
孙膑到了齐国，齐威王一见之下，如获至宝，当即想拜他为军师，孙膑说：“庞涓如知道我在齐国，定会嫉妒，不如等有用得着我的时候再出面不迟。”齐王同意了。
后来，庞涓带兵连败宋、鲁、卫、赵等国，齐王派田忌为大将，孙膑为军师，使庞涓连连败北，最后，孙膑用“减灶法”引诱庞涓来追，暗设伏兵，将庞涓射死在马陵道上。魏国从此衰败，并向齐国进贡朝贺。在杀死庞涓后，孙膑便辞官归隐，专门研究起兵法来。