卫鞅觉得这主意好，两人选来选去，最后选定了咸阳（现在的陕西咸阳）。咸阳地处关中平原腹地，左边是函谷关，右边是散关，前面是武关，后面是萧关，四面都有天险，易守难攻，而且土地肥沃，适合发展农业。公元前350年，孝公下令迁都咸阳，还在咸阳修了新的宫殿、城墙，制定了新的都城规划，把全国的百姓和贵族都迁到咸阳附近，方便管理。
迁都之后，孝公又让卫鞅搞了“第二次变法”，进一步巩固变法成果：一是“废井田”更彻底，把以前贵族手里的土地全部分给百姓，彻底打破了贵族对土地的垄断；二是“推行小家庭制”，规定家里有两个成年男子的，必须分家，否则就要多交赋税，这招不仅增加了国家的税收，还提高了百姓的生产积极性；三是“统一度量衡”更细化，连马车的车轮间距都统一了，方便全国的交通和贸易。
第二次变法之后，秦国的国力又上了一个台阶。公元前341年，魏国跟齐国打了“马陵之战”，庞涓战死，魏军主力被消灭，魏国从此一蹶不振。孝公抓住这个机会，再次派卫鞅率军攻打魏国，这次秦军势如破竹，不仅把魏国在河西的最后一块地盘抢了过来，还打到了魏国的都城安邑附近。魏惠王吓得赶紧派人求和，把河西之地全部还给秦国，还把都城从安邑迁到了大梁（现在的河南开封）——这一下，魏国彻底失去了“霸主”的地位，而秦国则成了西部最强大的国家。
熟悉历史的都知道，“变法者”大多没好下场，比如后来的吴起、王安石，要么被杀，要么被罢官。但卫鞅在秦国变法二十年，不仅没被收拾，还被孝公封了“商君”，给了他商於之地（现在的陕西商洛一带）十五座城，成了秦国最有权势的大臣之一，这背后全靠孝公的“无条件信任”。
有一次，有个叫赵良的隐士找到卫鞅，劝他：“你现在权力太大了，得罪的贵族也太多了，不如早点交出权力，回老家养老，不然等孝公不在了，你肯定会倒霉。”卫鞅没听，不是他狂妄，是他知道，孝公会一直护着他。
孝公对卫鞅的信任，可不是嘴上说说。有一回，朝堂上有个贵族诬告卫鞅“谋反”，还拿出了伪造的证据。孝公连查都没查，直接把那个贵族拉出去砍了，还对大臣们说：“商君是我秦国的功臣，谁要是再敢诬告他，就是跟我作对！”
还有一次，卫鞅的女儿嫁给了太子驷（后来的秦惠文王），有大臣说：“商君是臣子，他的女儿怎么能嫁给太子？这不合规矩。”孝公却说：“规矩是死的，人是活的。商君为秦国立了大功，他的女儿配得上太子。”就这么一句话，堵住了所有人的嘴。
其实孝公心里清楚，卫鞅的变法虽然让秦国变强了，但也把贵族得罪遍了，卫鞅的命运，跟他这个国君牢牢绑在一起。他不止一次跟卫鞅说：“我活着一天，就保你一天；等我百年之后，我会让太子继续信任你，你放心大胆地干。”
卫鞅也没辜负孝公的信任，他把自己的全部精力都放在了秦国的变法和建设上，连家都很少回。有一年，卫鞅的母亲在魏国去世，他因为忙着制定新的税法，都没能回去奔丧。孝公知道后，亲自去卫鞅家里安慰他，还把自己的一块封地赏给了卫鞅的母亲，算是替卫鞅尽孝。
《史记》里虽然没直接写两人的“友谊”，但从“商君相秦十年，宗室贵戚多怨望者。孝公行之，卒用鞅法，百姓苦之；居三年，百姓便之”这句话就能看出来，要是没有孝公的全力支持，卫鞅的变法早就被贵族们推翻了。这对君臣，一个敢放权，一个敢做事，堪称战国时期的“君臣典范”，比后来刘备和诸葛亮的“鱼水之情”，还要早一百多年。
公元前338年，孝公病倒了。这一年，他才四十四岁，本来正是年富力强的时候，却因为常年操劳国事，积劳成疾，躺在床上起不来了。
弥留之际，孝公把卫鞅叫到床边，拉着他的手说：“我不行了……秦国就交给你和太子了。你一定要帮太子把秦国继续变强，完成我没完成的心愿……”说着说着，眼泪就流了下来。
卫鞅也红了眼眶，跪在床边说：“君上放心，我一定不负您的重托，就算粉身碎骨，也要让秦国称霸诸侯！”
孝公还想再说点什么，却一口气没上来，永远地闭上了眼睛。这位把秦国从“破落户”带成“强国新贵”的君主，就这样走完了他短暂而辉煌的一生。
孝公去世后，太子驷继位，也就是秦惠文王。惠文王刚继位，以前被变法打压的贵族们就跳了出来，为首的就是当年被割掉鼻子的公子虔。他们联名诬告卫鞅“谋反”，说：“卫鞅权力太大，现在君上刚继位，他肯定会趁机夺权，不如早点把他杀了，以绝后患。”
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惠文王虽然知道卫鞅是功臣，但刚继位根基不稳，需要贵族们的支持，而且他当年因为犯法，老师被处罚，心里对卫鞅也有点记恨。于是，他下令逮捕卫鞅。
卫鞅知道自己难逃一死，就从咸阳逃了出来，想逃到魏国