孙膑所处的战国中期是一个社会大变革时代，政治、经济的改革，战争的频繁，直接而深刻地影响和推动着军事思想的发展。孙膑所在的齐国，经济文化发达，孙膑为齐威王重用，为齐国的富国强兵立下功劳。《史记》记载“齐威王、宣王用孙子（膑）、田忌之徒，而诸侯东面朝齐。”《孙膑兵法》的诞生，正是这样一个时代的产物。
尽管孙膑是战国时期的军事思想家，但历朝历代对于他的兵学思想都非常推崇。司马迁在《史记》中感慨：“古者富贵而名磨灭，不可胜记，唯俶傥非常之人称焉……孙子膑脚，《兵法》修列。”“世俗所称师旅，皆道孙子十三篇，吴起兵法，世多有，故弗论。论其行事所施设者，语曰：‘能行之者未必能言，能言之者未必能行。’孙子筹策庞涓明矣，然不能蚤救患於被刑。吴起说武侯以形势不如德，然行之于楚，以刻暴少恩亡其躯。悲夫！”唐朝德宗建中年间，礼仪使颜真卿建议追封古代名将六十四人，供奉于武成王庙内，“齐将孙膑”名列其中。宋徽宗时追尊孙膑为武清伯，位列宋武庙七十二将之一。在北宋年间成书的《十七史百将传》中，孙膑亦位列其中。毛泽东也曾赞叹孙膑的兵法：“攻魏救赵，因败魏军，千古高手。”孙膑所著的《孙膑兵法》和孙武所著的《孙子兵法》，一部被称为《齐孙子》、一部被称为《吴孙子》，均是在我国历史上备受推崇的军事名著。作为孙武的后人，《孙膑兵法》中的军事思想与《孙子兵法》一脉相承，在战争观问题、战略战术问题、治军建军问题上都对孙子的思想有所继承和发展，而且在很多方面有了丰富、发展和进一步创新。同时，孙膑也是战国时期一位战争实践经验丰富的杰出指挥者，在历史上留下了诸多成功的经典战例。
由于兵法一度失传，千年之后才重现人间。《孙膑兵法》出土时竹简残缺严重，原书的全貌难以复现，对于其中是否部分杂有失传的其他兵书，目前尚难以鉴定。从现在已经整理出来的内容可以看出：它继承和发展了《孙子》十三篇等早期兵书的军事思想，总结和吸收了春秋以来丰富的战争实践经验。孙膑敏锐地把握了时代发展的脉搏，其兵学理论内涵博大精深，军事学术价值历久弥新，在中国古代军事史上占有非常重要的地位。孙膑在继承孙子“以实击虚”、“以奇用兵”等重要理论原则的基础上，系统地发展了战略、战术理论，提出了野战作战原则，为后来机动战作战理论的发展奠定了基础。有专家认为孙膑是对策论、运筹学的始祖。第二次世界大战以后，用数学方法研究在竞争中是否存在制胜对方的最优策略以及如何找到这些最优策略等问题成为一种趋势。田忌赛马的策略对后世的影响不仅体现在军事与战争中，而且在经济、管理、社会生活的各个领域都有重要启示。
孙膑在魏齐桂陵之战中，审时度势，通观全局，采取“批亢捣虚”的战法，主动调动魏军，在运动中出其不意地发起攻势，击败魏军，擒获庞涓。《孙膑兵法》里的《擒庞涓》篇对此有详尽的记录。在战国中期就出现这种作战方式，在中国古代军事史上具有重要意义。通过主动运动作战的方式，削弱敌人力量的同时，很好地保存了自己实力，在对方疲惫之际，有效地给予敌人致命的打击。孙膑的这一战略是对后世影响深远，为历代兵家所沿用。毛泽东同志在《抗日游击战争的战略问题》一文中曾专门提到孙膑“围魏救赵”的战略和作战方法。他说：“如果敌在根据地内久踞不去……即以一部留在根据内围困该敌，而用主力进攻敌所从来之一带地方，在那里大肆活动，引致久踞之敌撤退出去打我主力；这就是‘围魏救赵’的办法。”
孙膑的军事思想也有其阶级和时代的局限性。他对战争的性质分辨不清，把士兵纯粹当作被驱使的工具，对有些战略、战术的表述过于简单片面，有时还夹杂着迷信观念，这也是应当指出的。
桂陵之战和马陵之战是中国古代战争史上两个极为出色的机动作战战例，也成为后世的军事家们乐于研究的经典之战。通过这两场战争，孙膑的军事思想在实践中得到了完美的诠释和检验，在作战策略的谋划、作战方针的选择、作战方案的实施等方面，他卓越的指挥才干展露无遗，表现出高超的军事指挥艺术。
（一）桂陵之战
战国初年，诸侯国林立，有魏、赵、韩、齐、燕、楚、秦七个强国，还有宋、鲁、郑、卫、越、蔡等二十多个小国。这些国家之间冲突不断，兼并战争此起彼伏。在这样的环境中，魏国经过革新变法，日渐强大。魏国的强盛引起了韩国、赵国的顾虑。魏国不断东扩，使齐国也受到了威胁。作为一个国力雄厚的大国，齐国为了同魏国抗衡，便利用魏国与赵国、韩国之间的矛盾，展开了对魏国的斗争。
周显王十五年（公元354年），赵国为了与魏国对抗，攻打了原来依附于魏国的卫国，企图夺占位于赵魏之间的卫国领土。魏国为了保护属国，派将军庞涓出兵8万包围了赵国的都城邯郸，赵国不敌，于是求救于齐国。田忌欲率大军直取邯郸，以解其围，孙膑却认为此时不宜轻举妄动，而应不动声色地避开魏国和赵国激烈冲突的区域。他进一步提出，趁魏军攻赵、精锐部队倾巢而出之际，齐军可以直捣大梁，取魏国要道、攻其虚弱部位，使魏军不得不回师自救。这样赵国之危自然就解了。齐威王以田忌为主帅、孙膑为军师，率8万大军攻打魏国。孙膑主张趁魏国国内防务空虚之际，率领齐军直奔大梁，并与卫国、宋国的军队联手，对大梁形成夹攻之势，待大梁告急，庞涓就不得不回军千里驰援。田忌采纳了孙膑“围魏救赵”和“批亢捣虚”的作战策略，先派兵攻打魏国东阳军事重镇平陵。平陵是位于宋、卫之间的魏国的一个军事重镇，兵强马壮、人口众多，不易攻打。齐国派出的部队果然未能攻下平陵，兵败受挫。这种故意示弱的作战方针，让庞涓误以为齐军将领指挥无能、不堪一击，齐军根本不是自己的对手，不必在意，从而坚定其攻赵的决心，安心攻赵。这时见时机成熟，孙膑请田忌先用假象迷惑魏军，派出精锐部队直接进军大梁城郊，逼庞涓大军回援，同时将主力部队集结部署于桂陵地区。这时，齐、宋、卫联军再围攻襄陵，楚军则攻占了睢地，秦军也攻占了少梁和安邑，庞涓四面受敌，又逢国都告急，于是决定亲率魏军，兼程回救大梁。由于魏军长途跋涉，战斗力大打折扣，在途经桂陵时遭到齐军伏击，被打得人仰马翻，遭遇大败。
在这次战争之前，孙膑充分利用了赵国与韩国之间的矛盾，一开始就为齐国创造了赵破魏疲的良好战争形势，为之后的战胜魏国、控制赵国与韩国做好前期铺垫。在战争的进程中，孙膑采取“批亢捣虚”的策略，通过“直取平陵”、“疾走大梁”等动作，一方面释放烟幕弹迷惑魏军、隐蔽自己的作战企图；另一方面又使魏军陷于被动挨打、处处受到牵制的境地，在战争中彻底失去主动，为齐军所牵制。最终齐军以逸待劳，击溃疲于奔命的魏军，完美实施“围魏救赵”，达到“攻其必救”的目的。
（二）马陵之战
魏国在桂陵之战后，与秦国、楚国也产生了矛盾，外交上日益孤立。周显王二十八年（公元前341年），魏国出兵攻打韩国。韩军不敌，向齐国求救。《史记·孙子吴起列传》中记载“后十三岁，魏与赵攻韩，韩告急齐”。齐国国内对是否救韩国意见不一。大将田忌主张立刻出兵，相国邹忌则主张不要出兵。孙膑立主出兵，但不赞成立即发兵，而要耐心等待时机成熟再出手助韩。孙膑指出，齐国应按兵不动，等到韩魏两军都打得精疲力竭、韩国告急之时，才出兵相救，这不仅能得到韩国发自内心的感激、彼此关系更为亲密，而且还避开了魏国军队一开始的锋芒，减少伤亡，增加胜算。一举两得，才是上策。
齐宣王采纳了孙膑的方案，在韩国与魏国交锋五战皆败后，任命田忌为主将、田婴为副将、孙膑为军师，依旧采用围魏救赵的计策，率领军队攻打魏国首都大梁。庞涓得知后，立即命魏军停止攻韩，回救魏都。此时，魏国的太子申也率领军队出来迎战，并打算与庞涓统帅的部队一同合围齐军，进行决战。孙膑见对方来势汹汹，便采用退兵减灶的方法，不断后退，退兵第一日做10万人的锅灶，退兵第二日只做5万人锅灶，退兵第三日将锅灶数量减到3万人。这样一来，连续追击齐军三日的魏军误以为齐军军心涣散、伤亡及逃亡的兵员众多，庞涓心中大喜过望、也更加志得意满，根本不把齐军放在眼中，战略上也越发骄狂冒进。他丢下大批的辎重部队，仅率一支轻骑兵，日夜兼程追击齐军，希望早日与齐军展开决战。
孙膑精确计算着魏军的行程，判断魏军将于日落后进入马陵区域。于是，命令齐军埋伏在树木茂密的险要地带。当庞涓率领的魏军追入齐国境内后，齐军埋伏在马陵古道狭窄道路两边的弓箭手万箭齐发，魏军大乱溃散，看到败局已定的庞涓在羞愤中拔剑自杀。齐军乘胜追击，彻底击溃魏军，俘虏了魏太子申，歼灭魏军十多万。魏国从此一蹶不振，齐国则日渐强大起来。
马陵之战，齐军又一次运用了桂陵之战中的策略，成功调动魏军回救，解除了韩国之危。从战争前期的形势来看，马陵之战与桂陵之战不同，齐军初入魏国时，魏军主力已经全部撤回国内，而且是主动迎击齐军，魏军具有主场优势。孙膑在对敌我形势做出正确判断的基础上，没有选择直接打硬仗，而是确定了退兵减灶、设伏诱敌的作战方针。他深知庞涓既骄傲轻敌，又求胜心切，于是先通过退兵，成功避开了魏军的锋芒；再实行减灶，制造齐军军心不稳、溃退逃散严重的假象，以混淆庞涓的视听，使他出现判断失误，从而做出孤军冒进的错误指挥。当庞涓决定追击之时，孙膑又精心为齐军选择了马陵这一地形险要、道路狭窄，既有利于封锁消息，又便于齐军补给的地方设伏，最终达到了歼灭敌人的目的。