回到魏国后，公孙衍重新担任“西守”。但此时魏国国力衰退，今非昔比。于是，公孙衍试图拉拢其他国家，通过联合出击取胜。
最初，他联合齐国、魏国击败赵国，尝到了合作的甜头后，开启了战国时代合纵的先驱之路。
公孙衍的合纵策略引起了秦国的高度警觉。张仪软硬兼施，进攻魏国，拉拢齐楚，破解了三国合纵。
面对张仪的反击，公孙衍于公元前323年拉拢韩、赵、燕、中山四国，发起“五国相王”运动。然而，由于各国利益不同，这一运动最终失败。
公元前322年，魏惠王因公孙衍合纵策略失败，改用张仪的连横策略，张仪成为魏国相邦。在秦国强大攻势下，公孙衍暂时落了下风。
然而，风水轮流转。公元前320年，秦国进攻齐国，结果齐军大胜，重创秦国，史称“商丘之战”。这次战役使张仪的连横行动受挫，公孙衍的合纵策略得以重新开展。
看到势头不对，魏国放弃连横，驱逐张仪，重用公孙衍，开始合纵。公孙衍出任魏国相邦后，说服各国与魏国合纵抗秦。
公元前318年，在公孙衍的倡导下，魏、赵、韩、燕、楚五国联合攻秦。然而，实际出兵的只有韩、赵、魏三国。秦军反击，联军战败，魏国损失惨重，五国伐秦宣告失败。
公孙衍发动五国合纵攻秦失败后，渐渐失去了魏王的信任，随着不断卷入列国战争，最终被魏国、韩国弃用，淡出了历史舞台。
尽管如此，公孙衍的合纵策略对当时政局产生了深远影响。时人景春曾说：“公孙衍、张仪岂不诚大丈夫哉？一怒而诸侯惧，安居而天下熄。”这说明他们的合纵、连横运动对当时政局的影响极大。
公孙衍一生跌宕起伏，曾被五国相印尊崇一时，也曾一败涂地，遭受背弃。虽然他首倡的合纵最终失败，但他与张仪的相互较量、纵横捭阖，无疑是战国历史中精彩的博弈。
在公孙衍的倡导下，后来的孟尝君和苏秦继续发扬合纵事业，闪耀战国，令人赞叹。
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