孫武來到吳國後，便在吳都（今蘇州市）郊外躬耕隱居，潛心著兵書，尋求新的發展機會。公元前515年，吳國公子光利奪得吳國王位，稱闔閭。闔閭即位後，注重搜求各種人才，立志稱霸天下。孫武遂受好友、當時任吳國大臣的伍子胥推薦給吳王，並把自己撰寫的兵法13篇呈獻給吳王。吳王將兵法一篇一篇看罷，嘖嘖稱好，卻不知孫武是否能將這些理論運用於實戰，便對孫武說：「你的兵法十三篇，我巳經逐篇拜讀，實是耳目一新，受益不淺，但不知實行起來如何，可否用它小規模地演練一下，讓我們見識見識？」 孫武回答說：「可以」。吳王又問道：「先生打算用什麼樣的人去演練？」孫武答：「隨君王的意願，用什麼樣的人都可以。不管是高貴的還是低賤的，也不論是男的還是女的，都可以。」吳王想給孫武出個難題，便要求用宮女來演練。於是，吳王下令將宮中美女180名召到宮後的練兵場，交給孫武去演練。孫武把180名宮女分為左右兩隊，指定吳王最為寵愛的兩位美姬為左右隊長，讓他們帶領宮女進行操練，同時指派自己的駕車人和陪乘擔任軍吏，負責執行軍法。
分派巳定，孫武站在指揮台上，認真宣講操練要領。他問道：「你們都知道自己的前心、後背和左右手吧？向前，就是目視前方；向左，視左手；向右，視右手；向後，視後背。一切行動，都以鼓聲為準。你們都聽明白了嗎？」宮女們回答：「聽明白了。」安排就緒，孫武便擊鼓發令，然而儘管孫武三令五申，宮女們口中應答，內心卻感到新奇、好玩，她們不聽號令，捧腹大笑，隊形大亂。孫武便召集軍吏，根據兵法，斬兩位隊長。吳王見孫武要殺掉自己的愛姬，馬上派人傳命說：寡人巳經知道將軍能用兵了。沒有這兩個美人侍候，寡人吃飯也沒有味道。請將軍赦免她們。」孫武毫不留情地說：「臣既然受命為將，將在軍中，君命有所不受。」孫武執意殺掉了兩位隊長，任命兩隊的排頭充當隊長，繼續練兵。當孫武再次擊鼓發令時，眾宮女前後左右，進退迴旋，跪爬滾起，全都合乎規矩，陣形十分齊整。孫武傳人請闔閭檢閱，闔閭因為失去愛姬，心中不快，便託辭不來，孫武便親見闔閭。他說：「令行禁止，賞罰分明，這是兵家的常法，為將治軍的通則。對士卒一定要威嚴，只有這樣，他們才會聽從號令，打仗才能克敵制勝。」聽了孫武的一番解釋，吳王闔閭怒氣消散，便拜孫武為將軍。在孫武的嚴格訓練下，吳軍的軍事素質有了明顯的提高。就在公元前512年，闔閭、伍了胥和孫武，指揮吳軍攻克了楚的屬國鐘吾國（今江蘇宿遷東北）、舒國（今安徽廬江縣西），這時闔閭頭腦發熱，想要長驅直入攻克楚都郢（今湖北江陵縣紀南城）。孫武認為這樣做不妥，便進言道：「楚軍是天下的一支勁旅，非舒國和鐘吾國可比。我軍巳連滅二國，人疲馬乏，軍資消耗，不如暫且收兵，蓄精養銳，再等良機。」吳王聽從了孫武的勸告，下令班師。伍子胥也完全同意孫武的主張，並向吳王獻策說：「人馬疲勞，不宜遠征。不過，我們也可以設法使楚人疲睏。」於是伍子胥與孫武共同商訂了一套擾楚、疲楚的計策，即組成三支勁旅，輪番襲擾楚國。當吳國的第一支部隊襲擊楚境的時候，楚國見來勢不小，便全力以赴，派兵迎擊。待楚軍出動，吳軍便往回撤。而楚軍返回駐地時，吳國的第二支部隊又攻入了楚境，如此輪番襲擊，弄得楚國連年應付吳軍，人力物力都被大量耗費，國內十分空虛，屬國紛紛叛離，吳國卻從輪番時攻中搶掠不少，在與楚對峙中完全佔據上風。
公元前506年，楚國攻打巳經歸附吳國的小國－－蔡國，給了吳軍伐楚的藉口。闔閭和伍子胥、孫武指揮訓練有素的3萬精兵，乘坐戰船，溯淮而上，直趨蔡國與楚國的交戰。楚軍見吳軍來勢凶猛，不得不放棄對蔡國的圍攻，收縮部隊，調集主力，以漢水為界，加緊設防，抗擊吳軍的進攻。不料孫武突然改變了沿淮河進軍的路線，放棄戰船，改從陸路進攻，直插楚國縱深。
伍子胥問孫武：「吳軍習於水性，善於水戰，為何改從陸路進軍呢？」孫武告訴他說：「用兵作戰，最貴神速。應當走別人料想不到的路，以便打它個措手不及。逆水行舟，速度遲緩，楚軍必然乘機加強防備，那就很難破敵了，」說得伍子胥點頭稱是。就這樣，孫武在3萬精兵中選擇了強壯敏捷的3500人為前陣，身穿堅甲，手執利器，連連大敗楚軍。舊曆11月28日攻入楚國的國都郢，楚昭王帶著妹妹倉皇出逃。孫武以3萬軍隊攻擊楚國的20萬大軍，獲得全勝，創造了以少勝多的光輝戰例。然而，這時越國乘吳軍伐楚之機進攻吳國，秦國又出兵幫助楚國對付吳軍，這樣，闔閭不得不引兵返吳。此後，吳又繼續伐楚，楚為免亡國，將國都由郢遷到都（今湖北宜城縣東南）。孫武在幫助闔閭西破強楚的同時，計畫征服越國。公元前496年，闔閭聽說越王允常去世，新即位的越王勾踐年輕稚弱，越國國內不大穩定，認為機不可失，時不再來，便不聽孫武等人的勸告，不等準備工作全部就緒，就倉猝出兵，想要擊敗越國。不料，勾踐整頓隊伍，主動迎戰，兩軍相遇於吳越邊境的李（今浙江嘉興縣西南）。勾踐施展巧計，他派死刑犯首先出陣，排成三行，把劍放在脖子上，一個個陳述表演後，自剄於陣前。吳國士兵不知那是一個個罪犯，居然看得忘了神，傻了眼，越軍乘機發動衝鋒，吳軍倉皇敗退，闔閭也傷重身亡。
闔閭去世後，由太子夫差繼承王位，孫武和伍子胥整頓軍備，以輔佐夫差完成報仇雪恥大業。公元前494年春天，勾踐調集軍隊從水上向吳國進發，夫差率10萬精兵迎戰於夫椒（今江蘇吳縣西南太湖邊），在孫武、伍子胥的策劃下，吳軍在夜間佈置了許多詐兵，分為兩翼，高舉火把，只見在黑暗的夜幕中火光連成一片，迅速向越軍陣地移動，殺聲震天，越軍驚恐萬狀，軍心動搖，吳軍乘勢總攻，大敗越軍，勾踐在吳軍的追擊下帶著5000名甲士跑到會稽（今浙江紹興市東南）上的一個小城中憑險抵抗，由於吳軍團團包圍，勾踐只得向吳屈辱求和，夫差不聽伍子胥勸阻，同意了勾踐的求和要求。吳國的爭霸活動在南方地區取得勝利後，便向北方中原地區進逼，公元前485 年，夫差聯合魯國，大敗齊軍。公元前482 年，夫差又率領著數萬精兵，由水路北上，到達黃池（今河南封丘縣南），與晉、魯等諸侯國君會盟。吳王夫差在這次盟會上，以強大的軍事力量為後盾，爭得霸主的地位。孫武雖沒有直接參加攻齊取勝、與晉爭霸兩事，但在此前孫武精心訓練軍隊和制定軍事謀略，對夫差建立霸業有不可抹煞的巨大貢獻。 隨著吳國霸業的蒸蒸日上，夫差漸漸自以為是，不納忠言。聽信奸臣的挑拔，不僅不理睬伍子胥的苦諫，反而製造藉口，逼其自盡。孫武深知「飛鳥絕，良弓藏；狐兔盡，走狗烹」的道理，對伍子胥慘死的一幕十分寒心，於是便悄然歸隱，息影深山，根據自己訓練軍隊、指揮作戰的經驗，修訂其兵法13篇，使其更臻完善。 事情不出伍子胥所料，越王勾踐屈辱求和後，臥薪嘗膽，立志報復，他十年生聚，十年教訓，使越國富足，越軍精悍。公元前482 年，越軍乘吳軍主力聚集黃池與中原諸侯盟會、吳國國內兵力空虛之際，發兵襲擊吳國，攻入吳國國都，吳國遭此動難，便一蹶不振，由盛轉衰，延至公元前473年，正式被越國滅亡，夫差愧恨交加，自刎而死。孫武所夢想的由吳王統一華夏，也就成為泡影 。
孫武的一生，除了其赫赫戰功以外，更主要的是他給後人留下了不少珍貴的論兵、論政的篇章，其中尤以流傳下來的《孫子兵法》最著名。這短短的13篇5000字，體現了孫武完整的軍事思想體系，確立了他在春秋末期思想界中與孔子、老子的並列地位，被並稱為春秋末期思想界上空的三顆明亮的星體。
孫武的軍事理論深深影響了後世，被古今中外的軍事家一致尊崇為「兵家之祖」。戰國時代的吳起、孫臏、尉繚等眾多的軍事家推崇孫武的軍事藝術首屈一指。三國時著名的政治家、軍事家曹操盛讚《孫子兵法》，他親自整理前人對《孫子兵法》的研究，作成簡明的「略解」，為後人學習運用《孫子兵法》提供方便。同時，《孫子兵法》也向越南、朝鮮、日本、以色列乃至英、德、俄等國流傳。近現代的戰爭使用許多新式武器，與古代戰爭的條件大不相同，但《孫子兵法》所論述的戰爭的基本原理和原則都沒有因戰爭條件的改變而改變，所以仍然受到軍事家們的普遍推崇。領導中國革命取得勝利的毛澤東曾高度評價說：「孫子的規律，知彼知己，百戰不殆，仍是科學的真理。」美國「西點軍校」這個世界上首屈一指的軍事學校，早在60年代就將《孫子兵法》列為高年級學員必修課。在1990年的海灣戰爭中，美國將軍斯瓦茨科夫使用最古老的《孫子兵法》中「重將治兵」的原則及名種謀略思想來驅動裝備著最現代化的戰爭武器取得了戰爭的勝利，斯瓦茨科夫也由此被譽為「將星奇才」。英國著名戰略家利德爾.哈特在《孫子兵法》英譯本序言中說：「2500多年前中國這位古代兵法家的思想、對於研究核時代的戰爭是很有幫助的」。
