于是丢下步兵，只带领精锐骑兵日夜兼程追击齐军。孙膑估算庞涓天黑能行进至马陵，马陵道路狭窄，两旁又多是峻隘险阻，孙膑于是命士兵砍去道旁大树的树皮，露出白木，在树上写上“庞涓死于此树之下”，然后命令一万名弓弩手埋伏在马陵道两旁，约定“天黑能在此处看到有火光就万箭齐发”。
庞涓果然当晚赶到砍去树皮的大树下，见到白木上写着字，于是点火查看。字还没读完，齐军伏兵万箭齐发，魏军大乱。庞涓自知败局已定，于是拔剑自刎，临死前说道：“遂成竖子之名！”齐军乘胜追击，歼灭魏军十万人，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。
成侯邹忌一向与田忌不和。马陵之战后，孙膑对田忌说：“将军有意做一番大事吗？”
田忌不知所以。孙膑说：“将军最好不要解除武装返回齐国，而是让那些疲惫老弱的士兵来把守住主地（今山东省淄博市西南）。主地的道路狭窄，车辆只能依次通行，碰撞摩擦而过。如果让那些疲惫老弱的士兵把守住主地，定能以一当十，以十当百，以百当千。然后将军背靠泰山，左有济水，右有高唐，辎重可直达高宛（今山东省桓台县境内），只需轻车战马就可以直冲齐国首都临淄的雍门。如此，齐国的大权就可以由将军掌握决定了，那时候邹忌必定出逃，否则将军有可能不能安全的返回齐国。”但田忌没有听从孙膑的劝告。
后来邹忌派公孙阅令人携带重金招摇过市，找人占卜，自我介绍道：“我是田忌将军的臣属，如今将军三战三胜，名震天下，现在欲图大事，麻烦你占卜一下，看看吉凶如何？”卜卦的人刚走，公孙阅就派人逮捕占卜的人，在齐威王面前验证这番话。田忌闻讯后大为恐慌，被迫出奔至楚国。
邹忌担心田忌凭借楚国的势力再返回齐国。说客杜赫对邹忌说：“我愿为您把田忌留在楚国。”
杜赫便去对楚王说：“邹忌之所以和楚国不友好，是因为他担心田忌凭借楚国的势力再返回齐国。大王不如把楚地江南封赏给田忌，以表明田忌不打算返回齐国。邹忌便一定会和楚国很友好。田忌是个逃亡在外的人，他得到了封地，一定会感激大王，如果将来他能返回齐国，也一定会使齐国和楚国很友好。这就是利用田忌、邹忌二人的矛盾，有利于楚国的办法。”楚王听了杜赫的话，果然把江南封给了田忌。
齐宣王继位后，得知田忌被陷害，将田忌召回国内官复原职。
《史记》《战国策》《竹书纪年》《东周列国志》有记载。
人物评价
贾谊：“吴起、孙膑、带佗、倪良、王廖、田忌、廉颇、赵奢之伦制其兵。”
司马迁：“齐威王、宣王用孙子、田忌之徒而诸侯东面朝齐
