孙膑一生参与两次战争，即桂陵之战与马陵之战，前者是围魏救赵，后者是围魏救韩。
战国时代，中后期是秦国、赵国、楚国、齐国等争锋，但在前期真正的霸主却是后来不起眼的魏国。当时，魏文侯任用李悝、吴起变法，尤其吴起创立的魏武卒横扫诸侯，甚至创造过五万大败五十万秦军的惊人战绩，于是魏国成为战国第一霸主，但魏国霸主地位却被孙膑给终结了。
前354年，魏国围攻赵国邯郸，赵国向齐国求援。齐威王采纳段干朋的建议，决定围魏救赵，既救援了赵国，又能削弱了魏、赵两国，之后就派田忌、孙膑等出兵。在孙膑指挥下，齐国伏击了庞涓回援兵马，取得桂陵之战的胜利，打破了魏武卒不可战胜的神话。根据山东银雀山汉墓出土的《孙膑兵法》汉简记载，桂陵之战中孙膑还俘虏了庞涓，只是可能魏国主力尚在，齐国后来又放归庞涓。
十余年后，魏国入侵韩国，韩国向齐国求援，于是齐国再一次实施围魏救赵战术，派田忌、孙膑等出兵救韩。孙膑采取增兵减灶之策，吸引庞涓紧追不舍，最后在马陵地区设伏，当场射杀魏国大将庞涓。之后齐军乘胜追击，歼灭魏军精锐数十万人，几乎全灭魏武卒，还俘虏魏国主将太子申。经此一战魏国元气大伤，失去霸主地位，而齐国则称霸东方。
《史记》记载：孙膑以此名显天下，世传其兵法。
