孙膑的先祖是陈国公子陈完，陈完的曾孙陈无宇有子陈书，因讨伐莒国有功，被齐景公赐姓孙，改名孙书，封于乐安作为食邑，是妫姓孙氏的始祖。孙书之子孙凭生孙武，孙武因躲避齐国国内发生的陈、鲍、高、国四族之乱而出奔吴国，有子三人，孙驰、孙明和孙敌。次子孙明有子孙顺，孙顺有子孙机，孙机有子孙操，孙操即为孙膑之父。但唐代孙壬林自述家族世系的碑文却记载孙膑是卫武公的后代。
周显王二十八年(公元前341年)，魏国发兵攻韩国，韩国向齐国求救。齐国应允救援，以促韩国竭力抗魏国。齐威王以田忌为主将，田婴，田盼为副将，孙膑为军师，运用“围魏救赵”战法(见桂陵之战)，率军直趋魏都大梁(今河南开封)，诱使魏军回救，以解韩国之困。这次战役中孙膑利用庞涓的弱点，制造假象，诱其就范，使战局始终居于主动地位。马陵之战是中国战争史上设伏歼敌的著名战例。
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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，以田忌、田婴、田盼为将，孙膑为军师，率军经曲阜、亢父(今山东济宁)，由定陶进入魏境，矛头直指与大梁近在咫尺的外黄(今河南民权)。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。
齐军已进入魏国境内纵深地带，魏军尾随而来，孙膑针对魏兵蔑视齐军的实际情况，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，造成在魏军追击下，齐军士卒大批逃亡的假象，并在马陵利用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。
庞涓在接连3天追下来以后，见齐军退却避战而又天天减灶，武断地认定齐军斗志涣散，士卒逃亡过半。于是命令部队丢下步兵和辎重，只带着一部分轻装精锐骑兵，昼夜兼程追赶齐军至马陵，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。
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孙膑不简单，跟庞涓也太熟悉了(师兄弟啊)虽然都是鬼谷子的门生，但是孙膑比较得真传，有很深的城府(说白了很阴)，之所以放掉庞涓，是想让世人都从表面上看出他重义气、很大度。其实，他很了解庞涓的用兵伎俩，说白了，胜券在握，跑的了初一，十五跑不了，自从被挖了膝盖以后，他借装疯子逃跑，苦心专研兵法，后来在马陵道，设伏，在树皮上写到“庞涓死于此地”，就这么自信，结果真的伏击到灭掉庞涓。足以说明他的内心世界多么的深不可测，大度是表面上的......
孙膑前半生历史上有较为明确的记载。他的前半生可以分成四个阶段。一是司马迁在史记中说孙膑出生在“阿鄄之间”，具体地点未指明。阿鄄之间即山东的阿邑古城和鄄邑古城之间，相距约75公里。说明孙膑小时候在阿鄄之间生活。二是离家与庞涓一起拜鬼谷子为师，学习兵法，具体地点也不明。三是受先于他下山的庞涓邀请，到了魏国。阴险狠毒的庞涓妒忌孙膑的才能，在魏惠王前进谗言，使孙膑受到膑刑和黥刑。四是到了齐国，住在田忌将军府中，受到田忌的器重。田忌如实向齐威王禀告孙膑的才能，促使齐威王见孙膑，当面考察孙膑的才能，破格起用孙膑，任命孙膑为军师。
孙膑被齐威王任命为军师后，在“桂陵之战”中，用“围魏救赵”之计，为齐国取得了重大胜利。又在著名的“马陵之战”中，用“退兵减灶”之计，消灭了庞涓，俘获魏太子申，将十万魏军全部歼灭。
孙膑前半生最重要的是在齐国渡过的十余年时间，是孙膑一生中最为辉煌的阶段。孙膑和田忌一起，为齐国立下了赫赫战功。成就了齐国中原霸主的地位。同时也使孙膑闻名于天下。
马陵之战后，田忌、孙膑理应得到封赏。但是，齐威王听信了邹忌的谗言，也许齐威王内心也害怕田忌、孙膑功大盖主，于是解除了田忌、孙膑的兵权。田忌、孙膑被迫逃亡。
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孙膑后半生在江南生活
马陵之战后，孙膑去了哪里?史无记载。有的传说他隐居青州。有的说他与田忌一起逃亡到楚国。以我之见，这二种传说都有一定道理。我们可以从田忌将军的去向中寻找孙膑去向的踪迹。
依照情理，作为十余年在一起互相配合、共同浴血奋战的老搭档，作为一起被削去兵权、生死相依的一对落难人，在生死关头，二人一定会共同商讨出路。田忌决不可能抛弃孙膑，独自逃走。孙膑也必定会追随田忌。根据史书《战国策·齐一·田忌亡齐而之楚章》记载：“田忌一行来到楚国”。明确记载田忌一行人被迫流亡楚国。在田忌逃亡楚国的一行人中，有没有孙膑?可能有二种情况。一种是孙膑就在这一行人中，直接就来到楚国。第二种情况是，一行人中没有孙膑。有可能田忌考虑孙膑双腿残疾，行走不便，长途逃亡有一定困难。加上当时田忌逃亡前途未卜，不知能否找到落脚之处。田忌可能首先为孙膑就近找一个安全之地，隐居下来。待田忌有了安生立命之地再把孙膑接去。
田忌一行人到楚国，楚宣王接受杜赫的建议，把江南之地封给了田忌。因此，我们可以说，不管是哪种情况，是直接还是间接，孙膑也一定到了江南。孙膑墓葬地在镇江，有力地证明这个判断。孙膑后半生在江南生活。