波斯军队事先确定的远征目标，是惩罚埃列特里亚和雅典。现在，埃列特里亚既已被毁，那么下一个目标当然就是雅典了。波斯军队在占领埃列特里亚以后不过几天，就在有经验的希腊向导的带领下，来到了阿提卡半岛的马拉松平原，从这里登陆。马拉松平原长9千米，宽3千米。波斯人之所以在这里登陆，有两点考虑：一是他们认为这里是一片平原，方便骑兵展开；二是因为这里的农民曾是希庇亚斯的父亲、僭主庇西特拉图的支持者。已经是一个老人的希庇亚斯同波斯军队一起回到了阿提卡。
面临波斯强敌的入侵，雅典人在经过激烈的辩论后（当时米提阿迪斯和泰米斯托克利等都坚决主张抗战），决定坚决抵抗，并派出了由1万人组成的军队开赴马拉松。与雅典结盟的普拉提亚派了约1000人前来助战。双方在马拉松平原上并没有立即交战，而是等待了好几天。波斯军队配置在平原上，以利于骑兵的展开，而雅典的军队则集合在平原的一个狭窄的角落里，以防波斯骑兵的袭击。波斯人徒劳地期待着自己在雅典的支持者的起事。后来，部分波斯骑兵被装上船，以便运往雅典。这大大削弱了波斯的力量。
公元前490年8月12日晨，雅典军队整好了队伍，急速地向敌人冲去。当时雅典军队的配置情况是中间较弱，而两翼较强；而波斯军队的配置情况恰恰相反，是中间强而两翼弱。波斯军队中的沙克人战斗得十分勇敢，他们处在波斯军队的中心，破坏了雅典军队的队列。但在侧翼，波斯军队却被雅典军队打败。原来处于中心位置的打得很好的波斯军队，现在则处于被包围之中，波斯人开始撤退，很多人陷入了淤泥之中而遭到无情的射杀。战斗结果是，波斯人在战场上留下了6400具尸体，而雅典人只死亡192人。[9]普拉提亚人的伤亡人数不详。从战场上逃走的波斯人也乘船到雅典去了。马拉松战役以波斯的失败而告终。为什么在这次战役中，在人数上占绝对优势的波斯人会遭到失败呢？从具体战役而言，是因为虽然从总体上说波斯人占绝对优势，但实际参加战斗的却不是那样，波斯军队的一部分去了雅典，而留在马拉松的人中又只有一部分投入了战斗，骑兵基本上未参加战斗。
在结束马拉松战役后，雅典人很快返回雅典城，而波斯的统帅达提斯则率领波斯军队返回亚洲去了。由此，波斯对希腊的第二次远征也宣告失败。
三、薛西斯远征希腊
马拉松战役以后，大流士仍未放弃征服希腊的企图。因为他大概认为，马拉松战役只不过是一次战斗，失败了没有什么了不起；而且他大概还认为取得了很大的成功，因为许多希腊城邦向他呈交了土和水，以表示臣服于他。不过，他大概也觉得，再进行远征需要进行更多的准备。因此，他派人到各地去命令装备军队和战舰，征集粮食等。但他未能如愿进行第三次对希腊的远征。一是因为在马拉松战役以后，埃及和巴比伦尼亚都发生了反对波斯人的起义，他不得不进行镇压，以巩固后方，免除后顾之忧；二是他在公元前486年死了。据希罗多德说，在大流士死后，继承王位的薛西斯在一开始时，并无意于讨伐希腊，而只是想去镇压发生在埃及的起义。但大流士的姊妹的儿子、薛西斯的表兄弟、戈布里亚斯的儿子玛尔多纽斯等人却鼓动薛西斯去进攻希腊：
主公，在雅典人对波斯人做了这样多的坏事之后却丝毫不受到惩罚，那是不妥当的。而我的主张是，目前你做你正在着手做的事情，而当你把横骜不驯的埃及征服以后，你再率领着你的军队去讨伐雅典，使你能够在众人中间赢得令名，同时人们也就会懂得，侵犯你的领土的人，会落得什么样的下场。[10]
