虽然从魏武侯开始，魏国经常打败仗，但魏国变法早，积累了雄厚的家底，到魏惠王时，魏国实力仍然稳居榜首。强大的魏国引起周边列国的戒备，其中赵国赵成侯想搞事了，上位后基本年年都在打架。打了十几年后，魏国还是如此强大，赵成侯于是改变思路，从外交入手。
公元前356年，赵成侯先和齐国、宋国在平路会盟，后来又和燕国在阿地会盟，签订了同盟协议。做好准备后，赵国向南扩张，发兵攻打卫国，占领了漆及和富丘（今河南长垣境内）。
魏惠王不满赵国染指中原，就派大将军庞涓出击攻打赵国。庞涓是个用兵的高手，在他的带领下，魏军势如破竹，很快就包围了赵国都城邯郸。
赵成侯带领众人开始了艰难的守城战，同时派人向齐国、楚国求救。楚国不想管这个事儿，齐国之前和赵国结盟过，算是盟友，齐威王有意向发兵救援，于是找来群臣商议。相国邹忌觉得齐国还不够强大，建议不要去惹老大魏国。稷下学宫的另一名优秀毕业生段干纶建议齐威王分兵，一支部队向南攻打魏国襄陵（今河南睢县），以此分散魏军精力，等魏军攻破邯郸后再救赵国，这样可以同时削弱魏、赵两国的实力。
齐威王采纳了段干纶的意见，派出一支部队联合卫国、宋国攻打魏国襄陵，另一支部队由田忌、孙膑带领救援赵国。齐威王本来准备让孙膑当主将的，孙膑说自己是遭受过酷刑，身体残缺，不适合当主将，于是齐威王以田忌为主将，拜孙膑为军师。
邯郸城被庞涓围攻两年，终于失守。田忌就对孙膑说：“我们直接去干翻他们吧。”孙膑说：“不急，魏军主力长期在外作战，肯定累得够呛，现在他们国内空虚，我们不如直捣魏国都城大梁，到时庞涓肯定会撤军的，赵国就得救了。”之前魏国为了更有力地控制中原地区，将都城从安邑（今山西夏县）搬迁至东边的大梁（今河南开封），更靠近齐国，没想到被孙膑利用来围魏救赵了。
为了掩饰战略意图，孙膑建议先南下佯攻魏国平陵（今山东菏泽市定陶区东北）。平陵虽然地小，但是个战略要地，兵力充足，易守难攻。孙膑说攻打平陵可以让魏国人觉得我们齐军指挥官是个二货，让他们掉以轻心。
田忌采纳孙膑的计策，大军开向平陵。等接近平陵时，孙膑让田忌命令齐国附近的两个城池直接发兵攻打平陵，吸引魏军注意，被打得大败。另一方面，孙膑派出一小队先锋，直接冲到了大梁城，逼迫庞涓回来。在庞涓撤回路上，孙膑还派了少数部队和庞涓交战，每次开打就故意示弱逃跑故意外。庞涓觉得齐国兵不过如此，于是舍弃辎重，轻装行军，日夜兼程赶回都城救援。
这一切都在孙膑的预料当中，按照孙膑的部署，齐军主力已在庞涓回来的必经之路桂陵（今河南省长垣县西南）设伏。当时齐、魏双方的兵力差不多都是八万左右，但魏军被孙膑的一步步策略折腾得够呛。等庞涓率领大军经过桂陵，齐军杀声四起，伏军尽出，魏军顿时大乱阵脚，纷纷逃散，主将庞涓则被生擒。见到孙膑后，庞涓幡然醒悟，难怪干不过齐国人，原来是自己的克星孙膑在当军师。
这场战役史称桂陵之战，是一场精彩的阻击战。孙膑步步为营，避实就虚，设套框柱了庞涓，不过孙膑不像伍子胥那么狠，倒是没有杀了庞涓泄恨。
桂陵之战魏国虽然大败，主帅被俘，不过本身家底雄厚，赵国邯郸仍然被魏军占领。另一边，魏惠王调用了韩国军队打败了攻打襄陵的齐、卫、宋联军。齐威王看魏国还是这么强壮，想要停战了，就请求楚国当中间人进行调解。魏国遭受重大失利，同意调解方案，于是各国停战，魏军撤出邯郸，赵国得救，庞涓则被齐国放了回来。
按照当时的实力排名，魏国仍然占据榜首，齐国则跃居第二，楚国第三，秦国此时还在上升期，暂居第四。春秋末代霸主越国经历了数次内乱，国力大衰，已经大不如前了，依靠着家底勉强排第五。韩国经过申不害变法后，实力超过赵国，排第六。赵国第七。燕国这时候还比较落后，和宋国、鲁国实力差不了多少。这也是魏国最后一次霸榜了，宣告魏国霸业终结的战役即将来临。
