庞涓闻齐进军国都，遂撤消对韩的包围而回师，欲击破齐军于大梁。魏惠王也大肆兴兵遣将，以太子申为上将军，率军十万迎击齐师，企图与齐军进行决战。孙膑根据魏军骄傲轻敌，急于求战必将轻兵冒进的情况分析，提出用逐日减灶以引诱魏军追击的策略。
田忌乃使齐军退却时为十万灶，第二天减到五万灶，第三天减为三万灶。庞涓追行三日大喜，认为齐军怯懦，三天士卒逃亡者过半，于是丢下步兵，只带轻骑锐卒，兼程追赶。孙膑计算魏军的行程，判断将于日落进入马陵(今河南范县西南)，乃于马陵道路狭窄、地势险要处设下埋伏。庞涓的追兵，果然在预计的时刻进入齐军设的埋伏圈，这时齐军万箭齐发，魏军大乱溃散，齐军全面出击，大败魏军，擒魏太子申，庞涓愤愧自杀。
这一仗，魏国遭到严重打击，从此一蹶不振，而齐国则逐渐强盛起来。
田忌因与齐相邹忌不和，于马陵战后的第二年逃奔楚国，封于江南。齐宣王即位后，又受召回国复职。
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