魏韩两军打的筋疲力尽时，齐军杀向魏国国都。庞涓率大军回国，迎击齐军。孙膑不与庞涓正面作战，因为魏军虽是疲惫之师，但齐军深入魏国腹地，不利之处更多，装成害怕的样子向齐国撤退。齐军后撤第一天，埋没做饭的军灶十万，然后一天天减少。追赶齐军的庞涓不知是计，以为齐军惧怕魏军，逃兵数量众多，于是带精兵日夜兼程追赶孙膑，结果在马陵道中了孙膑的埋伏。齐军万箭齐发，庞涓无路可逃，自杀身亡。鬼谷子来信，劝其归隐，孙膑难违师意。田忌苦苦哀求孙膑，劝他留下，孙膑还是悄然离去，只留下一套《孙子兵法》和他自己写的《孙膑兵法》。
