Решительная битва произошла в августе или сентябре 490 г., у городка Марафон, в северо-восточной части Аттики. У афинян союзников не было. Спартанцы, правда, пообещали прислать вспомогательное войско, но выступление его будто бы замедлилось из-за соблюдения каких-то религиозных формальностей. В Афинах появилось сомнение в возможности борьбы с персами в открытом поле, когда их громадному, как полагали — 100-тысячному, войску можно было противопоставить только 10 тысяч тяжеловооруженных воинов. Между старшинами десяти фил нашелся человек, хорошо знавший персов, то был Мильтиад, из старого знатного афинского рода. Он предложил смелый план: начать оборону с наступления. Выступив против врага, афиняне уже на пути получили неожиданную помощь: повстречали тысячу гоплитов, высланных им на помощь дружественным беотийским городом Платеями. В роще, посвященной Гераклу, на ближайших к морю высотах, спускающихся в прибрежную Марафонскую равнину, афинское войско заняло позицию. Мильтиад начал битву. И в этой первой битве между Востоком и Западом западное военное искусство одержало верх: в то время, когда персы готовились пустить в греков тучу стрел, афинские гоплиты быстро перебежали отделявшее их от врага пространство и произвели на него страшный натиск, в котором выказали всю силу и ловкость мышц, развитых постоянными упражнениями в палестрах. Персы были озадачены и быстро отступили к кораблям, у кораблей афиняне еще раз напали на них, но персы все же благополучно убрались на суда, оставив 6,4 тысячи человек на месте битвы. У них был злой умысел — быстро обогнув мыс Суний, они намерены были произвести высадку близ Афин, в которых Гиппий мог рассчитывать на поддержку со стороны своих тайных доброжелателей. Но Мильтиад угадал их намерение и, оставив небольшую часть войска на поле битвы, поспешил с остальным войском к Афинам, которые и избавил от внезапного нападения. Персы должны были на этот раз удовольствоваться половиной мщения и вернулись домой скорее ожесточенные, нежели оробевшие, т. к. они, конечно, приписывали свое поражение новой, незнакомой им тактике греков.

Надгробие Аристиона, воина, погибшего в Марафонской битве.

Можно себе представить, как вся Аттика воспрянула духом после этой победы. Без всяких союзников удалось поразить врага; спартанская помощь прибыла несколько дней спустя и могла оказать своим союзникам только военную вежливость: весь спартанский отряд в полном составе: а их было 2 тысячи человек, посетил поле сражения. И они, и весь греческий народ убедились в том, что персов можно было победить, а это было очень важно ввиду дальнейших нападений, которых нужно было ожидать.

Однако эти новые нападения последовали не сразу. В этом сказалась осторожность умного Дария, который, правильно оценив события, убедился в том, что покорение западных ионийцев было не так легко, как полагали его вельможи. Он знал, чем он рискует, и тотчас же принялся за приготовления в таком громадном размере, что неудача предстоящего нападения представлялась уже немыслимой. Его приготовления дали грекам возможность вздохнуть, т. к. по совершенно случайному стечению обстоятельств затянулись на целые 10 лет. Это время греками не было потеряно, но и воспользовались они им не так, как должно было воспользоваться.