354年，桂陵之战爆发，魏国攻打赵国，齐国派兵相助，田忌为司令，孙膑为参谋，结果孙膑以「围魏救赵」的兵法大胜。公元前342年，马陵之战爆发，魏国攻打韩国，赵国派兵相助。齐军救韩，以田忌为元帅，孙膑为军师，孙膑仍进军魏都大梁，用「减灶之计」，让魏军大将庞涓轻敌深入，中埋伏而阵亡，元帅太子申被斩杀，齐国大胜回师，田忌以军功封徐州，赐子爵，升中大夫。同年年底，被齐相邹忌用反间计陷害，田忌无法澄清，逃亡楚国。公元前333年，齐王知晓了邹忌陷害田忌的事，于是召田忌回到齐国，恢复职位。《史记》则载田忌于齐宣王时期回