田忌不知其意，随口答道：“齐城、高唐两位大夫可以。”孙膑说：“请命令你所选的齐城、高唐两位大夫，各率所属部队在平陵城邑的外围进行包围封锁，隐蔽地从四面绕过环涂，列好进攻平陵的阵势，并把阵势的薄弱易攻的部位暴露给环涂的魏军。”田忌更是不解，孙膑望着田忌困惑的神情，进一步解释道，“环涂是魏军的驻扎地，我军的前锋要猛烈进攻平陵，后续部队亦不断增援；驻在环涂的魏军，一定会攻击我军阵势后背的薄弱之处，这样，两位大夫便可以被魏军击败了。”田忌听完孙膑解释，如堕五里雾中，疑惑地问道：“我们此次出兵援救，应力克平陵守敌，以壮军
威，为什么反而故意败给魏军，示弱于敌呢？”孙膑笑而未答，只是颇有些神秘地说了句：“将军依计而行就是了。”田忌心中虽然不甚明了孙膑的意图，但深知孙膑的智谋，也不追问，下去布置去了。于是，田忌将齐城、高唐的部队分为两路，直奔平陵。齐军将士们像蚂蚁一样，攀登云梯攻打守城魏军。挟茁和环涂两地的魏军，果然从背后来夹击齐军，齐城和高唐两位大夫在城邑的大道上大败而归。其后，将军田忌又把孙膑请来，问他说：“我军进攻平陵没有取胜却损失了齐城、高唐两位大夫的部队，在城邑的大道上吃了大败仗，下一步该怎么办？”孙膑说：“请将军再派遣出游用的轻车向西直奔魏都大梁城郊，以此激怒敌人。只派少数部队跟随在车后，以显示我军力量单薄。”田忌依计而行。
再说庞涓见齐军攻打平陵连遭败绩，认为齐兵并无多强的战斗力，根本没把齐军放在眼里，于是集中兵力进一步猛攻邯郸，想一举攻下邯郸。在激烈的鏖战中，魏军损失惨重。庞涓竭尽全力，付出了巨大代价后终于于周显王十六年（前353年）攻克了赵国都城邯郸。就在庞涓陶醉于胜利之时，魏惠王派人告急，说齐军以轻锐之师进逼大梁，命庞涓火速班师自救。大梁乃魏国政治、经济和文化的中心，其得失关乎魏之存亡。庞涓刚刚拿下邯郸正在得意忘形，忽闻齐军兵临大梁，真是又气又急，顾不得休整军队，更顾不得将士们的疲惫和损伤，日夜兼程，回兵援救大梁。
庞涓放弃了随军辎重，昼夜不停地急行军，赶来与齐军决战。但他万万没有料到，攻击大梁的齐军仅仅是齐军的一部分，其主力早已在桂陵（今山东菏泽东北）埋伏妥当，以逸待劳，只等魏军钻进口袋。当庞涓匆匆渡过黄河，刚刚走到桂陵时，战斗力相当旺盛的齐军潮水般地从四面涌过来，直杀得魏军丢盔卸甲，四处逃散，几乎全军覆灭，庞涓只带了少数残兵败将逃出重围。这就是历史上著名的“桂陵之战”。这次战争的胜利，充分显示了孙膑出色的军事智谋和才干。孙膑所制定的围魏救赵的战略，成为中国古代战争史上一个著名的战例。“桂陵之战”后，魏惠王被迫讲和，把邯郸归还赵国，赵国也因齐军的援救而复存。