秦孝公于公元前381年出生，公元前362年继位，仅21岁。
在秦孝公出生之前，秦国经历了几次君位动荡，国力削弱。魏国在此时夺取了河西之地。秦孝公的父亲秦献公在位时，于魏国讲和，割地，安定边境并迁都栎阳。秦献公数次东征，想要收复河西之地，无奈愿望没有实现就去世了。
秦孝公继位时，战国六雄已经形成。六雄在位国君分别是：齐威王、楚宣王、魏惠王、燕文公、韩昭侯、赵成侯。当时周王室势力衰微，各诸侯间相互征伐吞并。战国时期，秦国与楚国、魏国接壤。魏国占据原本属于秦国的河西之地，楚国占据巫郡和黔中郡。秦国地处偏僻，不参加各诸侯国的盟会，被诸侯们疏远，像对待夷狄一样对待。秦孝公继位后以恢复到秦穆公是的霸图伟业为己任，在国内颁布了著名的求贤令，命国人大臣献富国强兵之策。
同时，秦孝公兵分两路，向东围攻陕城，向西进攻西戎。而赵、韩两国也趁秦孝公继位未稳之机率军攻打秦国。
卫国人商鞅原本是在魏国公叔痤下做事，公叔痤临时之前对魏惠王说如果不重用商鞅那就杀掉他，结果，魏惠王不重视当时名声不显的商鞅，在公叔痤死后既没有重用也没有除掉商鞅。商鞅在公叔痤死后听闻秦孝公的求贤令，便携带李悝的《法经》投奔秦国，通过景监见到了秦孝公。商鞅见到秦孝公后，第一天以帝道之术考量秦孝公，第二天以王道之术考量秦孝公，孝公听后直打瞌睡并通过景监责备商鞅。商鞅第三天以霸道之术说孝公，孝公听后改变态度但没有重用商鞅。商鞅最后畅谈富国强兵之策，孝公听后大喜，两人畅谈几日后毫无倦意。
在商鞅的劝说下，秦孝公决定在秦国国内进行变法，但变法遭到了守旧派的反对。
变法之争结束后，秦孝公于公元前359年命商鞅在秦国国内颁布《垦草令》，作为全面变法的序幕。主要内容有：抑商重农，削弱贵族、官吏的特权以及其他措施。
《垦草令》在秦国成功实施后，公元前356年秦国国内实行第一次变法。主要内容为：改革户籍制度，实行什伍连坐法、明令军法，奖励军功、废除世卿世禄制度、建立二十等军功爵制、奖励耕织，重农抑商，严惩私斗、改法为律，制定秦律和推行小家庭制。
经过第一次变法后，秦国国力开始强大。公元前358年，秦国在西山击败韩国。公元前357年，楚宣王与秦国联姻。公元前355年，秦孝公与魏惠王在杜平会盟，结束了秦国长期不与中原诸侯会盟的局面。
商鞅第一次变法后，太子触其法，平定此次事件后。秦孝公于公元前350年命商鞅征调士卒，按照鲁国、卫国的国都规模在咸阳修筑冀阙宫廷，营造新都，并于次年将国都从栎阳迁至咸阳，同时命商鞅在秦国国内进行第二次变法。主要内容为：开阡陌封疆，废井田，制辕田，允许土地私有及买卖、推行县制、加收口赋、燔诗书而明法令和执行分户令。
经过两次变法后的秦国国力强大，百姓家家富裕充足。秦国人路不拾遗，山中没有盗贼。人民勇于为国家打仗，怯于私斗，乡村、城镇秩序安定。周显王派使臣赐予秦孝公霸主的称号，诸侯各国都派使者前来祝贺。
公元前348年，韩昭侯亲自前往秦国，与秦孝公签订停战盟约。前342年，秦孝公派太子驷率领西戎九十二国朝见周显王，显示了秦国西方霸主的地位。
公元前338年，秦孝公病危，《战国策》记载秦孝公想传位于商鞅，商鞅推辞不接受。秦孝公去世后，葬于弟圉，秦惠文王继位。秦孝公去世后，商鞅因被公子虔诬陷谋反，战败死于彤地，其尸身被带回咸阳，处以车裂后示众。
后世，司马迁评价秦孝公：“秦起襄公，章于文、缪，献、孝之后，稍以蚕食六国，百有馀载，至始皇乃能并冠带之伦。”
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