这个时候，齐威王认为出兵救赵的时机已经成熟，于是就命令田忌为主将，孙膑为军师，统率大军救援赵国。田忌打算直奔邯郸，同魏军主力交战以解邯郸之围。孙膑不赞成他这种打法，提出了‘批亢捣虚’、‘疾走大梁’的正确策略。他说：‘要解开乱成一团的丝线，不能用手硬拉硬扯；而要排解别人打架（驾），自己不能帮助去打。派兵解围的道理也一样，不能以硬碰硬，而应该避实击虚，避强击弱，扬长避短，冲其要害，使敌人感到行动困难，有后顾之忧，自然就会解围了。现在魏赵相攻，已经相持一年多，魏军的精锐部队都在赵国，留在自己国内的是一些老弱残兵。我看你应该统率大军迅速向魏国都城大梁进军。这样一来，魏军必然回兵自救，我们可以一举而解救赵国之围，同时又能使魏军疲于奔命，便于我们打败它。’
田忌采纳了孙膑的意见，率齐军主力向魏国国都大梁进军。大梁是魏国的政治经济中心。庞涓得知大梁危急的消息，大惊失色。魏军不得以小数兵力控制历尽艰辛刚刚攻下的邯郸，而以主力急忙回救大梁。
这时，齐军已将地势险要的桂陵作为预定的作战区域，迎击魏军于归途。魏军由于长期攻赵，兵力消耗很大；长途跋涉使士卒更加疲惫不堪，而齐军则是占有先机之利，以逸待劳，士气旺盛。因此，面对齐军的阻击，魏军完全陷入了被动挨打的境地，终于惨败而归。
然而，魏国虽然败于桂陵之战，但魏国仍具有一定的实力。真正使魏国遭到严重削弱的是十年后发生的马陵之战。公元前342年，魏国攻打韩国。韩国向齐求救。就在韩魏两国大战俱疲之际，孙膑再次使出‘围魏救赵’的杀手锏，直逼魏都大梁。在魏国主将率兵追赶齐军的过程中，孙膑利用‘减灶之计’来麻痹敌军，使庞涓误以为齐军逃亡过半，遂当机立断，决定甩下步兵，只统率一部分轻装的精锐部队，快速追击齐军。结果，孙膑在马陵道设下埋伏，大败魏军，迫使庞涓愤恨自杀。
这场战争，使魏国遭到从未有过的惨败。总观齐魏桂陵之战和马陵之战，孙膑都成功地运用了《孙子兵法·虚实篇》中所提出的‘避实击虚’、‘攻其所必救’的作战原则，将实力强大的魏军屡次击败。在具体实施这些原则时，齐军善于选择魏赵、魏韩双方精疲力竭的有利时机攻击大梁，迫使魏军不得不回师求援而进入齐国事先预计的战场，使魏军完全陷入了被动挨打的地位。齐军则因‘知战之地，知战之日’而以逸待劳，一举获胜。从桂陵、马陵之战中，我们可以看到孙子的‘避实击虚’、
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