疑，遂辞谢吴起，不授其官职。大约在鲁穆公在位初年，因主公季孙氏被杀，经人劝说，吴起离开鲁国。主要原因还是受到了别人的排挤。在鲁国的这段经历，让吴起深刻地认识到，在这个充满猜忌和争斗的世界里，要想实现自己的抱负，必须寻找一个真正能让自己施展才华的舞台。
离开鲁国之后，吴起听说魏文侯贤明，于是前往魏国投靠文侯。文侯询问大臣李悝的意见，李悝认为吴起虽“好色”，但用兵连司马穰苴都不能相比。这一评价，让魏文侯对吴起产生了浓厚的兴趣。
大约在魏文侯三十七年（前409年），文侯任命吴起为主将，命他攻克秦国河西地区的临晋（今陕西大荔东南）、元里（今陕西澄城南）、洛阴（今陕西大荔西南）、郃阳（今陕西合阳东南）等地并筑城，并在同年或第二年（前408年）再次攻打秦国，一度长驱至郑县。而秦国只能退守至洛水，沿河修建防御工事加以防守。在与秦军作战期间，吴起展现出了非凡的军事素养和人格魅力。他从不自视比普通士卒高人一等，夜晚就睡在不加平整的田埂上，用树叶遮盖身体来躲避霜露的侵袭。他和士兵们同甘共苦，这种亲民的作风赢得了士兵们的尊敬和爱戴。就这样，加上魏文侯三十四年（前412年）被公子魏击占领的繁、庞（今陕西韩城东南）二地，魏国全部占有原本属于秦国的河西地区，并在此设立西河郡。经国相翟璜推荐，由吴起担任首任西河郡守。
就在魏攻河西之后不久，文侯命乐羊为主将，进攻中山国，又命吴起率战胜于河西之师，合击中山，更命魏击监督而主其事。经过三年苦战，乐羊、吴起于魏文侯四十年（前406年）占领了中山国。这两次战役的胜利，让魏国的领土得到了极大的扩张，实力也得到了显著提升。
吴起担任西河郡守期间，为提升自己的思想和军事才能，向孔子的弟子、当时居于西河的子夏学习儒家思想。同时，他改革魏国兵制，创立了武卒制。这种制度选拔士兵的标准极为严格，要求士兵具备强壮的体魄、精湛的武艺和顽强的意志。武卒制建立后，魏国的军事力量得到了极大的增强。后来公叔痤便统率吴起训练的武卒部队击败了韩赵联军，充分显示了武卒制的威力。吴起担任西河郡守期间，为抵御秦国的进攻，还修筑了吴城（今山西孝义西南）。
魏文侯五十年（前396年），文侯去世，魏击袭位，是为魏武侯。武侯初年，文侯时代的功臣先后谢世，此时吴起仍为西河守，功高而不得居相位，因而与新任相国田文（一作商文）有论功之
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