孙膑随齐国使者一起到了齐国，在齐国的宗室大臣田忌家里做客。田忌屡次同齐国宗室中的公子们下赌注举行以马驾车的比赛。孙膑看到他们的马足力相差不远，都有上中下三等，于是就对田忌说：“您只管下很大的赌注去打赌，我准能让您赢。”
田忌相信了他的话，在同齐王和公子们举行驾车比赛时，下了千金的赌注。到临近比赛，孙膑对田忌说：“现在用您的下等驾车马去对付对方上等的驾车马，用您上等的驾车马去对付对方的中等驾车马，用您中等的驾车马去对付对方下等的驾车马。”等到三场比赛都进行完毕之后，田忌有一场没取胜，其余两场都胜了，终于得到了五千金。
唐太宗曾说：“我从年轻时就筹划天下大事，颇懂得用兵的关键，每次观察敌人战阵，就可以得知对方力量的强处与弱处。我常用我方的弱兵去对付对方的强兵，用我方的强兵去对付对方的弱兵，对方在战胜了我方的弱兵之后，往往追逐我军不到几百步就止步不前，因此我方弱兵并未全军崩溃；而我方的强兵在战胜了对方的弱兵之后，必定要冲到对方战阵的背后，然后转过身来攻打对方，敌人没有不因此而全军崩溃。”这就是用了孙膑的战术。
魏国攻打赵国，赵国的情势危急，就向齐国请求援助。齐威王想让孙膑当统率齐军的将帅，孙膑以自己是受过刑的人，不便于指挥别人为理由推辞了。于是齐王就让田忌担任主帅，而孙膑担任军师，他身处有帷的车中，坐着为田忌出主意。
田忌想率领军队去救赵国，孙膑说：“想解乱丝只能慢慢用手去解开，不能把乱丝整团地握在拳头里使劲拉扯，解劝斗殴只能好好为双方分解，不能往相持很紧的双方身上使劲打，要避开敌人力量充实的地方，冲击敌人势力虚弱之处，在形势上控制住他们。
这样做，敌人的包围自己就解开了。现在魏国和赵国互相攻战，魏国的精锐部队必定全都在国外打仗，留下无战斗力的老弱残兵在国内防守。您不如带兵迅速赶到魏国国都大梁，冲击它力量虚弱之处，那魏国就必定会放下赵国，回来解救本国的围困，这样我们一下子为赵国解了围，又可以拖垮魏国。”田忌听从了他的意见，魏国果然离开了赵国的国都邯郸，同齐军在桂陵交战，齐军大败魏军。