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。其主要内容有：刺激农业生产、抑制商业发展、重塑社会价值观，提高农业的社会认知度、削弱贵族、官吏的特权，让国内贵族加入到农业生产中、实行统一的税租制度等改革方略。
《垦草令》在秦国成功实施后，秦孝公于公元前356年任命商鞅为左庶长，在秦国国内实行第一次变法。其主要内容有：增加连坐法法律，轻罪用重刑；废除旧世卿世禄制， 奖励军功，颁布军功爵制度；重农抑商，奖励耕织，特别奖励垦荒；强制推行个体小家庭制度等 。咸阳（今陕西省咸阳市东北）位于关中平原中部，北依高原，南临渭河，顺渭河而下可直入黄河，终南山与渭河之间可直通函谷关。为便于向函谷关以东发展，秦孝公于秦孝公十二年（公元前350年）命商鞅征调士卒，按照鲁国、卫国的国都规模修筑冀阙宫廷，营造新都，并于次年将国都从栎阳（今陕西省渭南市富平县东南）迁至咸阳，同时命商鞅在秦国国内进行第二次变法。
击败魏国
收复河西失地，恢复秦穆公时期的霸业是秦献公、秦孝公两代国君的愿望。秦孝公八年（公元前354年），秦孝公趁魏军主力出击之机，派军队偷袭魏国，大败魏军，并占领少梁。同年，秦孝公命公孙壮率军攻打韩国，插入魏、韩两国交界地区。
秦孝公九年（公元前353年），秦孝公趁魏国国内空虚之机，于前352年任命商鞅为大良造，率兵长驱直入，包围魏国并占领魏国旧都安邑（今山西省夏县西北）。秦孝公十一年（公元前351年），商鞅又率兵包围并占领固阳。秦孝公二十一年（公元前341年），魏国在马陵之战遭受齐国重创，主将庞涓自杀，太子申被俘。秦孝公采纳商鞅的建议，决定趁魏国实力尚未恢复之机，大举攻魏。秦孝公二十四年（公元前338年），秦再次攻魏，在岸门（今山西省河津市南）击败魏军，俘其主将魏错。同年，秦国联合大荔戎包围了魏国的合阳（今陕西省合阳县东南）。
关于历史上对秦孝公的评价
贾谊：“秦孝公据崤函之固，拥雍州之地，君臣固守，以窥周室，有席卷天下、包举宇内、囊括四海之意，并吞八荒之心。当