从韩国撤军返回魏国。然而，此时齐军早已向西进军，如同疾风骤雨般扑向大梁。庞涓急忙率军回救大梁。
孙膑深知魏军的弱点，考虑到魏军自恃其勇，一向轻视齐军，加之齐军此前又有怯战的名声，于是决定采用诱敌深入的战术。
他精心谋划，命进入魏国境内的齐军第一天埋设十万个做饭的灶，这一庞大的数字显示了齐军的人数众多，给魏军一种齐军来势汹汹的错觉。
第二天，孙膑巧妙地指挥齐军减灶，灶的数量减为五万个。第三天，再次减为三万个。庞涓行军三天后，查看齐军留下的灶，心中大喜。他不禁说道：“我本来就知道齐军怯懦，进入魏国境内才三天，齐国士兵就已经逃跑了一大半。”
在庞涓的心中，齐军不过是一群胆小怕死的乌合之众，他完全被孙膑的诱敌之计所迷惑。
庞涓被胜利的喜悦冲昏了头脑，他决定丢下步兵，只带领精锐骑兵日夜兼程追击齐军。他自认为凭借着骑兵的机动性和自己的军事才能，一定能够一举击败齐军，建功立业。
孙膑早已算准庞涓会追击而来，他对地形进行了细致的勘察，最终选中了马陵作为伏击地点。马陵道路狭窄，两旁又多是峻隘险阻，是一个绝佳的伏击战场。
孙膑命令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”。这几个大字如同死神的召唤，预示着庞涓的悲惨结局。然后，孙膑命一万名弓弩手埋伏在马陵道两旁，并约定“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，他看到白木上的字后，心中涌起一股强烈的好奇心。他迫不及待地点火查看，字还没读完，齐军伏兵万箭齐发。一时间，箭如雨下，魏军大乱。庞涓见大势已去，自知败局已定，于是拔剑自刎。临死前，他悲愤地说道：“遂成竖子之名！”这句话充满了对孙膑的怨恨和不甘，但也从侧面反映出孙膑卓越的军事才能。
庞涓的死讯传回魏军，魏军士气瞬间崩溃。齐军乘胜追击，歼灭魏军数十万人，俘虏魏国主将太子申。
这一场战役，孙膑以卓越的军事智慧和巧妙的战术安排，以少胜多，创造了战争史上的奇迹。
马陵之战的失败，让魏国元气大伤。曾经在战国初期称霸中原的魏国，失去了大量的有生力量和战略资源，从此一蹶不振，失去了霸主地位。而齐国则凭借着这场战役的胜利，称霸东方。齐国的影响力得到了极大的提升，在诸侯国中树立了崇高的威望。
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