比赛这天，众公子把车马装饰得富丽堂皇，围观的百姓也有数千人，田忌有点不放心，又问孙膑：“先生有没有保证让我赢？一场比赛赌资千金，可不能儿戏。”
孙膑说：“齐国的好马都被大王选走了，用你的次马与大王的好马比赛，怎么能赢？我的办法是，你们有上、中、下三个档次的比赛，因为，同一档次的马你与大王的马差距不大，今天，你用你最差的马与大王最好的马比赛，再用上等马与大王的中等马比赛，用中等马对大王的末等马比赛，这样的话，第一局输，后两局一定能赢。”
田忌一拍大腿：“妙啊!”田忌吩咐给下等马换好上等马的金鞍佩饰，人配衣服马配鞍，下等马立时看得精神十足，上等马带好中等马佩饰，中等马带好下等马的佩饰，命令侍从谁都不要把调换马佩饰的事说出去，违反命令者格杀勿论，准备好以后，田忌、孙膑前往赛马场。第一场比赛，田忌的马差距很大，输了一千金，齐威王大笑：“你的马，还不如原来跑得快。”
田忌说：“还有两场，臣如果全输了，大王再笑不晚。”
等第二场，第三场，田忌果然全胜，多赢了一千金。齐威王沉着脸不高兴，想不明白自己怎么会输。田忌上奏说：“今天臣能赢，不是马好，是孙先生的办法好。”
齐威王眼睛一亮。田忌把调换场次的办法说给齐威王。齐威王用敬佩的口气说：“虽是小事，可见孙先生智慧过人。”
此后，更加敬重孙膑，赏赐不用说了，肯定给了孙膑不少。魏惠王废掉孙膑以后，责令庞涓攻取中山，庞涓上奏道：“中山距离魏国远，而距离赵国近，与其长途远征，不如在临近我国的地方让赵国割地，臣请直捣邯郸，报中山之恨，逼迫赵国割让土地给我们。”
魏惠王同意。庞涓率战车五百乘讨伐赵国，魏国军队的战斗力很强，庞涓的确很厉害，长驱直入，很快就围困了邯郸。邯郸守将丕选连续败仗，快马上表赵成侯求救。赵成侯派人向齐国求救，邯郸解围后答应把中山给齐国。齐威王深知孙膑的军事才能，想要拜为元帅。孙膑推辞说：“臣是残废之人，如果做了三军主将，显示齐国没有人才，被敌国笑话，请用田忌为帅，我做为军师陪同便是。”
齐威王拗不过，就用田忌为帅，孙膑为军师，在幕后出谋划策，外界不知道孙膑在军中。田忌想要领兵去救援邯郸，里应外合，攻击庞涓。孙膑制止说：“赵将丕选不是庞涓的对手，等我们到了邯郸，城池可能早就被攻破了，不如出兵中道，大肆宣扬我们要攻打占魏国重镇襄陵，庞涓必然撤军回救，我军以逸待劳，定能取胜！”
田忌兵走中道，进军襄陵。一点不错，此时邯郸等候救兵不到，丕选顶不住，出城投降了庞涓，庞涓派出快马给魏王报捷，正要继续进兵，深入赵国。突然有探马来报，齐国田忌乘虚而入，袭击襄陵。庞涓大惊：“大胆田忌，竟然敢偷袭我，襄陵是国都安邑的门户，襄陵丢失，安邑就危险了。”
赶快班师回国，救援襄陵。距离桂陵二十里，便遇到齐兵。原来，孙膑密切掌握着魏兵的行军速度，已经做好了准备，先派牙将袁达带领三千人截住魏军讨战。庞涓的侄子庞葱前队先到，迎住厮杀，大约战了二十多个回合，袁达诈败而走，庞葱担心是计，没有追赶，派人禀告庞涓。庞涓怒斥道：“一位偏将也不能擒获，怎么活捉田忌。”
自从庞涓掌管魏国三军以后，与各国交手百战百胜，从无败绩，根本不把各国大将放在眼里。快到桂陵的时候，只见前面齐兵已经排成阵势。庞涓乘车观看，正是当初孙膑在魏国时摆得“颠倒八门阵”。庞涓心中倒口凉气，想道：“田忌如何知道这个阵法，莫非孙膑在齐国？”
不容多想，魏国军队也布队成列，只见齐军中闪出大将“田”的旗号，大旗下田忌披挂整齐，手执画戟，威风凛凛，立于车中，田婴挺戈立于车右，田忌喝道：“魏军主将，上前答话。”
庞涓亲自出车，对田忌说：“齐、魏一向和好，魏、赵因中山结怨，跟齐国毫无关系，将军弃好寻仇，实不应该！”
田忌说：“赵国将中山之地献给我主公，我主公命我兵救援，如果魏国也割几个郡献给我主公，我立即退兵。”
庞涓差点儿把鼻子气歪，出世以来哪里受过这气，大怒道：“你有什么本事，敢与我对阵。”
田忌答道：“你既然有本事，可否认识我的阵法？”
说着用手中画戟向身后一指。庞涓说：“区区‘颠倒八门阵'，我向鬼谷子所学，不知你向何处窃取皮毛，反来问我，我国中三岁孩童，皆能认识。”
田忌喊道：“你既然认识，可敢来打阵？”