孙膑的军事思想主要集中于《孙膑兵法》。在战争观方面，孙膑主张重视、慎重地对待战争。他强调战争是国家政治生活中解决问题的一种重要手段，只有以强有力的武力作为保障，才能够使国家安定、富强。但是他反对穷兵黩武，指出作战胜利能够挽救濒临灭亡的国家但战败也同样会失去土地、危害社稷，一味好战必然会灭亡，自取其辱，所以必须慎重地对待战争，不可不用也不可滥用。孙膑主张积极地做好战争的准备工作来获得胜利，这样才能做到以战争抑制战争。他指出政治和经济条件是决定战争胜负的基础，“强兵”必先“富国”，只有具备强有力的政治和经济作为后盾才能做到“事备而后动”。他又指出民心军心是取得战争胜利的决定性因素，所以战争必须顺应民心军心，要做到“得众”、“取众”。

战争认识论方面，孙膑提出将领要知“道”，“道”就是战争的规律。孙膑认为作战时人众、粮多、武器精良等因素都不足以保证取胜，只有掌握了战争的规律，了解敌我双方情况，指挥得当，才能保证取胜。为此他专门阐述了积疏、盈虚、径行、疾徐、众寡、佚劳六对相互对立又相互转化的矛盾，还对“奇正”进行了深层次的分析，认为将领只有真正认识到这些矛盾的作用，把握了这些矛盾的转化规律，才能利用微妙的变化出奇制胜。

战略思想方面，孙膑强调“必攻不守”。在敌众我寡、敌强我弱的情况下，积极主动地进攻敌人防守的薄弱环节，不仅能够有效地歼灭敌人的有生力量，而且能够转换攻守形势，掌握战争的主动权。战术方面，孙膑提出“因势”、“造势”的思想。充分利用敌我双方的条件，造成有利于我的态势，以扭转敌众我寡的不利形势。

在具体的战术方面，孙膑对阵法进行了专门论述，进而分析了攻击各种战阵的对策。他还专门论述了攻城的问题，把处在不同地形的城分为难攻的雄城和易攻的牝城两类，论述了当时攻城的策略与技术。

在军队建设、管理方面，首先，他对君主和将领的关系进行了分析。将领必须忠于君主，君主不应该干涉将领的具体军务，将领要有独立的军事指挥权。其次，他对将领的素质进行了较多的论述。将领应当具备义、仁、德、信、智五个要素，他还分析了能够致使将帅作战失败的品德缺陷。最后，他就管理队伍的问题进行了论述，可以概括为任用贤能、严明纪律、奖惩公平、赏罚及时。

但是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，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。