当齐威王和田忌二人所属赛马开始对阵比拼时，孙膑发现双方的马都分上、中、下三个等级，且要一个等级一个等级地赛下去，田忌的马与齐威王的马各等级之间足力相差不大，只要合理搭配是能取得胜利的。于是，孙膑让田忌到下次比赛时，要下大赌注，并表示自己有办法保证让他赢得这场比赛。田忌听信了孙膑的安排，当第二天比赛开始时，田忌在第一场用下等马对齐威王的上等马，结果自然是田忌败北。而接下来的两场，田忌则用一等马对威王的二等马；二等马对威王的三等马，结果田忌皆胜。三场下来，田忌是一负二胜，从而轻松地赢得了威王的大把金钱。
齐威王对这次败北感到有些意外，私下问田忌胜出的原因，田忌将孙膑出的主意说了出来。齐威王开始从心里佩服，并有些真诚地对田忌说道：“看来孙膑还真有两下子，下次对外用兵你就和他搭伙吧，看看他在战场上的能耐咋样。”
孙膑桂陵之战
就在齐威王此话说过不久，魏惠王称霸中原的野心再次膨胀，他想一举吞并与之相邻的卫国，但卫国的盟友赵国表示不答应，于是魏惠王干脆派庞涓率八万大军伐赵，要给赵国君王一点颜色瞧瞧，如能借机灭了赵国，当然更是好事一桩。赵国听到这个消息，自知力不能敌，国王紧急修书于齐求救。齐威王在召集群臣商量之后认为，齐、赵这几年关系一直不错，算是友好邻邦，如果眼睁睁地看着魏国军队灭赵而坐视不管，不但在道义上说不过去，对齐国本身也不利。如果此次伸手援赵，不但可以保住赵国，增强两国之间的友好关系，同时还可以伺机破魏，从而慢慢取代魏国在中原的霸主地位。出于这几个方面的考虑，齐威王决定立即组建救援军援赵。