这期间，孙膑却仍在山中跟随先生学习。他原来就比庞涓学得扎实，加上先生见他为人诚挚正派，又把秘不传人的孙武子兵法十三篇细细地让他学习、领会，因此，孙膑此刻的才能更远远超过庞涓了。
有一天，从山下来了魏国大臣，礼节周全、礼物丰厚，代表魏王迎取孙膑下山。孙膑以为是学弟庞涓以魏王名义请他共创大业，很高兴两人的情谊并没有失去；但又顾恋自己的老师。鬼谷子已推算出孙膑日后虽能飞黄腾达，但却命中注定有此一劫，因此明知此行是祸不是福，也只得鼓励他下山，并暗中给予孙膑一个锦囊，要他在万不得已时才可打开。
鬼谷子先生见魏国使者很真诚热情、务必要请孙膑下山，也就劝孙膑：“学本领固然不为谋个人富贵，但若有为国家百姓效力的可能，还是应施展自己才能的，你去吧！”
孙膑于是秉承师命，随魏国使臣下山。
其实，请孙膑到了魏国，并非出于庞涓的推荐；而是一个了解孙膑才能的人向魏王讲述后，魏王自己决定的。
孙膑到魏国，先去看望庞涓，并住在他府里。庞涓表面表示欢迎，但心里很是不安、不快：惟恐孙膑抢夺他一人独尊独霸的位置。又得知自己下山后，孙膑在先生教诲下，学问才能更高于从前，十分嫉妒。
第二天两人上朝。魏王对孙膑很敬重，“听从讲先生独得孙武子秘传兵法，才能非凡。我盼您来，几乎到了如饥似渴程度。今天您终于来到敝国，我太高兴啦！”接着问庞涓：“我想封孙膑先生为副军师，与卿同掌兵权，卿以为如何？”
庞涓最忌讳的就是这种情况，暗自咬牙。表面上却说：“臣与孙膑，同窗结义，孙膑是臣的兄长，怎么能屈居副职、在我之下？不如先拜为客卿，待建立功绩、获得国人尊敬后，直接封为军师。那时，我愿让位，甘居孙兄之下。”
魏王听罢，很满意庞涓的处世为人，便同意了。
其实，这不过是庞涓防范孙膑与他争权的计谋：客卿，半为宾客，半为臣属，不算真正的魏臣——于是自然没有实权，只空享一种较高的礼遇而已。
从此孙膑与庞涓朝夕相处。两人论谈兵法，庞涓时时因学识粗浅而无话可答，而孙膑却诚心诚意为他讲解介绍。庞涓知是孙膑学过孙子兵法所致，就故意叹气自责：“愚弟当年也经先生传授，但近年忙于政务，几乎遗忘了。能不能把孙子兵书借我复习一遍？”
“此书经先生讲解后，只让我看了三天，就收了回去，并无手本在此。”孙膑诚恳地说。
“吾兄还能全部忆出吗？”庞涓问。
“基本能背下来。”
庞涓心里巴不得让孙膑告诉他，但一时又不好开口、硬逼。
有一天，魏王要试验一下孙膑的才能，就在演武场，让孙庞二人表演阵法。庞涓之阵，孙膑一眼就能看懂，并指出如何攻破。而孙膑排成一阵，庞涓却茫然不识。为怕失面子，忙偷偷问孙膑，孙膑一五一十告诉了他。庞涓听罢，赶忙走到魏王面前讲：“这叫八门阵。又可以中途变为长蛇阵。”待孙膑布置完毕来到魏王前，所回答自然与刚才庞涓所说一样。
“两卿才能并称杰出，真是魏国大幸！”魏王十分高兴。
但庞涓经过这事，便有了一种危机感。于是下决心：必须除掉孙膑！否则，日后必然屈居其下了！他心生一计，便在一次私下聚谈时，问：“吾兄宗族都在齐国，现在我们二人已在魏国为官。为什么不把兄长家属宗族也接来一起享福呢？”
孙膑一听，掉下泪来：“天灾战乱，我家亲属宗族早消亡殆尽了。当年，我只是由叔叔和峡谷个党兄孙平、孙卓带到外地流浪。后来我被放在一人家当佣工，叔叔、堂兄也不知去向了！再后来我单身从师鬼谷先生，已多年没跟故乡、亲人联络，连仅有的叔叔、堂兄怕也已不在人间了吧！”
“那么，兄长就不想念故乡吗？”
“人非草木，谁能忘本？只是现在既已做了魏臣，这事就不必提起了吧。”孙膑有些伤感地说。孙膑是齐国人，而齐魏两国一直敌对，所以孙膑只有忍隐思乡之情。
“兄长说得有理，大丈夫随地立功，又何必非在故土？”庞涓安慰说。
半年之后，孙膑早把这次谈话忘了。有一天，忽然有山东口音的汉子来找他。及问，那人说叫丁乙，是齐国人，有孙膑堂兄孙平的书信带来。孙膑忙接过信。信中以孙平口气，讲述了兄弟情谊，告诉了叔叔已去世。堂兄两人已回到齐国，希望孙膑也回到故乡，把几近消亡的孙氏家庭重新建立起来。信中语气恳切、情感深重，最后再一次盼望孙膑早日归来。
孙膑看罢，不觉流下泪来。然后热情招待传信人丁乙，并写了回信请他带回去。信中讲：自己十分思念故乡，但目前已成为魏国臣子，不能很快回去。待为魏国建立了功勋，年老后，一定与两堂兄在齐地故乡相聚、欢度晚年。
不料丁乙根本不是齐国乡亲，而是庞涓的心腹家人。庞涓骗到孙膑回信，又仿其笔迹，在关键处涂改了几句：“仕魏乃不得已、碍于情面。不久一定回国，为齐王效力！”然后将此信交给魏王：“孙膑久有背魏向齐之心。近日又私通齐国使者。臣为忠于大王，忍痛割舍兄弟之情，现截取孙膑家信一封，请大王过目。”
“你看该怎么处理？”魏王问。
“孙膑才能不低于我，若放他归齐，将对魏国霸业不利。所以……”庞涓没说下去。
“杀掉他？”魏王一语道破。
“我与他毕竟是同学、兄弟，还是让我再劝劝他。要同意留下来，最好。若不想留，仍要归齐与我国为敌，请大王把他发到我府中，由我监管、处置，您看怎么样？”庞涓一副为朋友尽情尽义的神色。
