求賢令發(fā)出后，在衛(wèi)國不得志的衛(wèi)鞅（即商鞅）來到秦國，經(jīng)孝公的寵臣景監(jiān)推薦給孝公。孝公第三次接見衛(wèi)鞅時，聽了衛(wèi)鞅用“霸道”（法家治國之術(shù)）治國論，正合心意。于是重用衛(wèi)鞅，以“霸道”作為強(qiáng)國之術(shù)，實(shí)行變法。

代表舊勢力的杜摯等人提出“法古無過”，極力反對變法的主張。秦孝公支持衛(wèi)鞅的“治世不一道，便國不法古”的觀點(diǎn)，從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，制定了富國強(qiáng)兵之策，實(shí)行變法，任命衛(wèi)鞅為左庶長。變法的主要內(nèi)容有：重農(nóng)抑商，獎勵耕織；廢除貴族世卿、世祿制度，制定按軍功大小給予爵位的等級制度；采用李俚《法經(jīng)》作為法律，推行連坐法；創(chuàng)立按丁男征賦辦法，規(guī)定一戶有兩個丁男者必須分居，否則加倍征賦；禁止私斗，以加強(qiáng)戰(zhàn)斗力等。

孝公下令變法，是直接沖擊秦國舊制度的一場激烈斗爭，令行一年之后，舊勢力抵制變法，秦孝公果斷地把反對變法的公孫賈等處刑，為實(shí)行變法掃除障礙。

秦孝公十二年（前350），秦的國都自雍遷到咸陽后，又實(shí)行第二次變法，令衛(wèi)鞅頒布“廢井田，開阡陌”的法令。

承認(rèn)土地私有，允許土地買賣。又在全國實(shí)行縣制，把全國設(shè)41縣（一說31縣），統(tǒng)由國君委派縣令進(jìn)行管理，縣丞協(xié)助縣令。官吏實(shí)行俸祿制；統(tǒng)一全國度量衡；移風(fēng)俗，清尚風(fēng)化。

秦國通過變法，逐漸強(qiáng)盛起來。孝公八年前（35）出兵敗魏軍于元里，斬首七千級，取得東進(jìn)第一次勝利。孝公十年（前352），升衛(wèi)鞅為大良造，并派他率兵攻魏進(jìn)入河西地。孝公十八年（前34）秦軍攻魏國固陽，守軍投降。

孝公十九年（前343），周天子封秦孝公為“伯”（霸），次年各國諸侯來秦祝賀，洗雪了長期以來“諸侯卑秦”的國恥，確立了霸主地位。孝公二十二年（前340）秦孝公盡取河西之地，軍事東進(jìn)自此轉(zhuǎn)入主動。

變法使秦國富兵強(qiáng)，為后代秦始皇的掃滅六國，統(tǒng)一天下，奠定了牢固的基礎(chǔ)。也使秦國由奴隸制社會轉(zhuǎn)入封建制國家，促進(jìn)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展。周顯王三十一年（前338）五月，秦孝公卒。