当初，惠施主张“合齐、楚以按兵”。到了魏惠王后元十年（前325年），齐、魏击败赵国以后，魏国又与韩、赵、楚修复关系。同年，魏惠王和韩威侯在巫沙会盟相王，会后一同并带太子入朝于赵；过后不久，使魏太子嗣入质于齐，使魏公子高入质于楚。这样，魏与韩、赵、齐、楚五国友好的态势就形成了。

合纵趋势的出现，引起了秦国的高度警觉。为防止齐楚魏合纵对秦国带来的威胁，张仪软硬兼施，极力破坏公孙衍的合纵策略。魏惠王后元十一年（前324年），他亲自率兵攻取魏的陕，作为进攻中原的基地，同时筑上郡塞，巩固上郡的防守，欲迫使魏国依附秦国。魏惠王后元十二年（前323年），又与齐楚两国大臣举行蘖桑会盟，拉拢齐楚，从而破解了三国合纵。

在这种形势下，公孙衍为了合纵，于魏惠王后元十二年（前323年）拉拢韩、赵、燕、中山四国，发起了“五国相王”。从这年起，赵、燕、中山三国也开始称王了。公孙衍发起“五国相王”，是想要联合各国，与秦国对抗，但效果不佳。

同年（前323年），楚国为了迫使魏国依附楚国，要废立魏的太子嗣，送立流亡在楚的魏公子高为太子，派昭阳打败魏军于襄陵，取得了八个邑。一说楚魏襄陵之战的魏军主将即公孙衍；另一说同时齐军也伐魏，公孙衍在承匡不敌齐军。这时韩国也趁机攻打魏国，公孙衍派人说服其退兵。

至此，五国君主虽互相称王，但是合纵抗秦的初衷却没有达成。

张仪相魏

魏惠王后元十三年（前322年），魏惠王由于惠施、公孙衍合纵策略的失败，不得不改用张仪的连横策略，改任张仪为魏国相邦。张仪把惠施逐走。

此时张仪实际上并相秦、魏，从而进一步推行他的连横策略，“欲令魏先事秦而诸侯效之”。魏惠王却不肯听张仪而专一“事秦”，反而兼用公孙衍为将，欲牵制平衡朝中的合纵连横势力。秦王得知后，怒而攻取魏的曲沃（今山西闻喜东北）、平周（今山西介休西），迫使魏国屈服。张仪的同党史举谗害公孙衍，公孙衍设计逐走了他。

魏惠王后元十四年（前321年），齐国约结燕、赵、楚孤立魏国，因公孙衍的离间而失败。

魏惠王后元十五年（前320年），秦国假道韩、魏向齐国进攻，齐威王派匡章应战，结果齐军大胜，秦军大败，是为桑丘之战。这次战役使张仪“以秦韩与魏之势伐齐”的行动受到挫折，使公孙衍合纵的策略得以开展。

犀首相魏

魏惠王后元十六年（前319年），由于齐、楚两国要求驱逐张仪，加上魏国也派出使者到楚、赵、燕等国游说，争取合纵，于是张仪回秦，惠施回魏，公孙衍升任魏国相国。

同年（前319年）稍后，魏惠王去世。继位的魏襄王期望通过合纵，夺回被秦国侵占的河西、河东之地。

公孙衍出任魏国相邦之后，再度出使齐国，说服诸国与魏国合纵抗秦。魏襄王元年（前318年），魏、赵、韩、燕、楚五国便推举楚怀王为纵长，发动“五国攻秦”。

除东方各国外，公孙衍还将秦国西方的小国义渠，也拉进了合纵伐秦同盟。公孙衍告诉义渠君，秦国和东方各国交战时，就会奉上重礼讨好义渠。与各国和平时，就会掠夺义渠。他希望义渠国君警惕这一点，不要被秦国所蒙蔽。后来，五国伐秦时，秦惠文王献上“文绣千匹、好女百人”与义渠修好。义渠君果如公孙衍所言，趁机发兵攻打秦国，在李帛大破秦军。

攻秦失利

这一次虽然名为五国攻秦，但实际在函谷关一路先行与秦国交战的，只有韩、赵、魏三国。秦出兵反击，结果联军战败，魏国有半数伤亡，损失惨重。魏国因此转而向秦国请求讲和，于是五国纷纷退兵。

次年，即魏襄王二年（前317年），秦国派樗里疾乘胜攻打韩国，在修鱼击败韩、赵联军，斩首八万余。同时齐国也与宋国一起也进攻魏国，在观泽（一作观津）击败魏、赵联军。“五国伐秦”宣告失败。

魏襄王二年（前317年），公孙衍发动五国合纵攻秦失败后，魏襄王为争取齐国支持，重用客卿田需。田需与公孙衍不和。当时公孙衍与大臣张寿有宿怨，田需就暗中刺杀了张寿，让魏襄王以为是公孙衍所为，责备公孙衍。

魏襄王因听信田需的谗言，不再信任公孙衍。于是公孙衍只能离开魏国、准备到韩国去。临行前，他说服魏襄王请齐国公子田文（孟尝君）来魏国当相邦，随后自己去韩国当了相邦。这样，公孙衍为韩国相邦，田文为魏国相邦，而且取得齐国国相田婴的支持，合纵的形势又好转了。公孙衍可说是合纵的首创者，田文是公孙衍的合作者和继任者，就是从参与这次合纵开始的。但是这次合纵却没有取得什么成就。

韩宣惠王十八年（魏襄王四年，前315年），秦向韩的中原地区进攻，战于浊泽（一作浊潢，今河南长葛西北）。主张和秦连横的韩国大臣公仲朋，建议割地讲和，与秦国一起伐楚。楚怀王听到这个消息，则听从谋士陈轸的建议，佯装出兵救韩。韩王信以为真，取消了入秦求和的计划。秦王大怒，下令向韩国发起更加猛烈的进攻。两军相持一年多，至韩宣惠王十九年（魏襄王五年，前314年），楚的救兵不到，秦大败韩军于岸门（今河南许昌西北，正当浊泽西南）。这是公孙衍合纵的又一次大败，打得他临阵逃走了。

在岸门之战后，公孙衍合纵的战略受挫。魏襄王五年（前314年），秦国攻取魏的焦和曲沃，迫使韩魏向其屈服，韩国把太子仓入质于秦。次年，魏秦会盟，魏襄王按照秦惠文王的意见，立了亲秦的公子政为太子。于是张仪所主持的秦和韩、魏连横的形势再度出现，张仪“以秦、韩与魏之势伐齐、楚”的策略就再度推行。

在韩国放弃合纵后，公孙衍不得不回到魏国，继续担任魏将。这时魏国的相国是田需，与公孙衍有宿怨，而魏襄王再次兼用两位大臣。于是田需派苏代劝说魏襄王信重田需，提防田文、公孙衍。公孙衍则派季子给自己说情，劝魏襄王弃用田需。

魏襄王七年至八年（前312年–311年），秦、魏、韩与楚、齐之间爆发丹阳蓝田之战，结果秦、魏、韩取得大胜。

魏襄王九年（前310年），魏相田需去世。楚相昭鱼担心张仪、公孙衍、田文中将有一人相魏，例如公孙衍相魏将亲近韩国，对楚国不利，因此就支持魏王任用魏太子魏遫（魏昭王）为相。

一说在秦惠文王更元十四年（魏襄王八年，前311年）或稍后，公孙衍曾再次西入秦为官。他先是联合甘茂、樗里疾等人排挤走了张仪，后又与甘茂发生矛盾。约秦武王三年（魏襄王十一年，前308年），秦武王曾想任公孙衍为秦相，但由于甘茂（一说樗里疾）诬陷公孙衍泄露了与秦王的谈话，秦武王很生气，便驱逐公孙衍。但公孙衍并未就此离秦，在宜阳之战相持阶段，他与樗里疾一同谗害甘茂，并在秦昭王元年（魏襄王十三年，前306年）仍在秦国从事秦魏联合的工作。但杨宽分析相关材料，认为公孙衍并未二次入秦；他指出一些策文与事实不符、为拟托之作，另一些策文则是因字音相近将公孙显（公孙郝）错误记作了公孙衍。

此后，公孙衍回到魏国为官。魏昭王三年（前293年）伊阙之战后，魏昭王让年迈的公孙衍出使秦国，卑辞割地求和。

其后公孙衍事迹未见学界采信的史书记载（详见人物争议）。

公孙衍是战国中期著名的纵横家，其毕生的事业可自外交、军事两个方面论述。

公孙衍在战国首先提出“合纵”的概念，他的合纵和张仪的连横共同拉开了合纵连横的序幕。他的外交活动包括：在徐州相王时期提出“阳与齐而阴结于楚”的军事外交策略，改善魏与齐、楚之间的关系；在魏惠王后元十二年（前323年）发起“五国相王”活动，以积极推进合纵抗秦的军事外交策略的全面实施；在魏惠王后元十四年（前321年）破坏齐与燕、赵、楚之间密谋外魏的计划；在魏惠王后元十六年（前319年）相魏，并在次年发动一场五国合纵伐秦军事行动；在魏襄王四年（前315年）担任韩相，并与魏相田文再谋合纵军事外交活动，后以岸门之战的失利告终。

公孙衍首倡的合纵虽然失败了，但影响是深远的。在公孙衍的邀请下，孟尝君田文成为合纵的合作者和继任者，在他身后继续合纵活动。后来又有苏秦等人继续谋划发动五国合纵伐秦的军事行动。

公孙衍在担任将领和组织合纵的过程中，曾多次领兵征战。其主要军事活动包括：

景春：公孙衍、张仪岂不诚大丈夫哉？一怒而诸侯惧，安居而天下熄。

孟子：以顺为正者，妾妇之道也。

韩非：犀首，天下之善将也，梁王之臣也。

刘向：苏秦、张仪、公孙衍、陈轸、代、厉之属，生纵横短长之说，左右倾侧。苏秦为纵，张仪为横，横则秦帝，纵则楚王，所在国重，所去国轻。

司马迁：陈轸挟权，犀首骋欲。如何三晋，继有斯德。

曾国藩：当孟子之时，苏秦、张仪、公孙衍辈，有排山倒海、飞沙走石之势，而孟子能不为所摇。真豪杰之士，足以振历百世者矣。

犀首好饮

公孙衍在张仪相魏掌权后，郁郁不得志，终日饮酒。陈轸路过魏国，拜访公孙衍，询问他为何喜好饮酒，公孙衍回答是自己无事可做的缘故。于是陈轸为公孙衍出谋划策，让公孙衍出使楚、赵、燕等国，在各国支持下升任魏国相国，发起合纵攻秦的活动。

后来，“犀首好饮”“犀首无事”成为指代自己怀才不遇的典故，韩愈、苏轼、辛弃疾等文人都曾用此典抒发心志。

对手：张仪

主君：魏惠王、秦惠文王、魏襄王、韩宣惠王、魏昭王

旧说苏秦和张仪为同时期的政敌，分别是合纵、连横的倡始者，彼此抗衡。这种说法在汉初便存在，到汉武帝时期已经风行，诸如《史记》《战国策》都作此记载，因而后世史学家如司马贞、司马光、诸祖耿亦从此说。

清末民国以来，随着新史学的发展和对《竹书纪年》的再审视，学界开始出现不同见解，唐兰、徐中舒率先提出苏秦的主要活动时间在周赧王三年至三十一年（前312-284年），与张仪并非同时。1973年马王堆《战国纵横家书》的出土进一步佐证了后一种说法，目前包括杨宽、马雍、林剑鸣、罗独修在内的绝大多数学者都达成共识：苏秦年辈晚于张仪，但因纵横之士伪托之作众多，即司马迁所谓“世言苏秦多异，异时事有类之者皆附之苏秦”，古史文本出现了混淆，误以为苏秦与张仪相抗；其实，与张仪对抗的主要人物是公孙衍，公孙衍才是合纵策略的倡始者。但也有个别学者如晁福林持有不同看法，认为在周慎靓王三年（前318年）发动五国攻秦的人是苏代等。

由于战国游说策文真伪混杂，公孙衍在田需去世后的事迹争议众多。

首先是周赧王五年（前310年）左右公孙衍是否二次入秦之事。《战国策·秦策》《韩非子·外储说右上》均有此类记载，称公孙衍入秦后与张仪、甘茂相互倾轧争斗。杨宽、黎明昌否认了此说，认为这些策文有的是拟托之作，有的则是将秦昭襄王朝中的公孙郝错误写作公孙衍，造成同一事的人物记载有公孙衍和公孙郝两种说法。但也有人采信此说。

其二是周赧王二十二年（前293年）伊阙之战时公孙衍是否使秦求和之事。杨宽采信了这一事迹，但吴师道、林俞学认为此公孙衍距彼公孙衍活动年代相去甚远，应非同一人，而是有两个同名的公孙衍。

其三是周赧王二十九年（前286年）齐灭宋之前公孙衍游说奉阳君李兑一事。因此年与公孙衍主要活动年代相去极远，对此处的质疑声最多。何清谷采信此处记载无误就是公孙衍，杨宽认为此处的公孙衍是公孙弘之误，吴师道、林俞学认为这是另一位同名的公孙衍，徐中舒、黎明昌则认为此处的公孙衍是苏秦之误。

最后是魏安釐王三十年（前247年）《魏世家》中有人游说魏相的记载，《战国策》误将此人记作公孙衍。因此年与公孙衍活动时期相差近一个世纪，此人不是公孙衍并无争议。

公孙衍与魏国大臣田需、张寿都不和。《韩非子·内储说下·经三》记载，田需暗杀张寿嫁祸公孙衍以后，魏襄王以为是公孙衍所为，就“诛之”。吕祖谦《大事记》据此说“衍去秦后，终为魏所杀”，不确。“诛”在古文中有责备、谴责的意思，此“诛”不一定是杀。况且《韩非子》同篇上文亦提到“陈需杀张寿而犀首走”，正与《战国策·魏策二》中公孙衍被田需排挤被迫离开魏国出任韩相的说法相印证。公孙衍出任韩相后，仍有较多活动记载，可见他并未被魏王所杀。

关于公孙衍的事迹，主要见于《史记·张仪列传》所附公孙衍传及《战国策·魏策》《战国策·秦策》，其余则散见《史记》秦、魏、中山等国本纪、世家、年表，《竹书纪年》，《战国策》其余策文，以及《孟子》《庄子》《韩非子》等。

《东周列国志》第八十九回至第九十二回有公孙衍的事迹。

2012年电视剧《大秦帝国之纵横》姚橹饰演公孙衍

2015年电视剧《芈月传》曹卫宇饰演公孙衍

2019年纪录片《风云战国之列国》陈彬饰演公孙衍