Афинскими войсками командовало десять стратегов, и большинство из них сомневались в возможности противостоять столь многочисленному персидскому войску и предлагали ограничиться обороной города. Однако иного мнения придерживался стратег Мильтиад, чья точка зрения в итоге и победила. Мильтиад еще недавно был правителем афинской колонии Херсонес Фракийский и имел возможность познакомиться с персами, их военной организацией и манерой вести ближний бой. Он убедил коллег-стратегов не отсиживаться в слабо укрепленных Афинах, а быстро идти навстречу врагу и у Марафона дать решающее сражение.
К будущему месту битвы из Афин подошло десятитысячное пешее войско, большинство которого составляло афинское ополчение. Надо сказать, что взрослый афинянин зачастую был уже довольно опытным воином. Для этого была создана система военно-патриотического воспитания. С 18 лет юноши два года проходили обязательную военную службу и оставались военнообязанными до 60 лет. Много внимания уделялось вопросам тактики, боевых построений. Основу войска составляли гоплиты, тяжеловооруженные пехотинцы, действующие в плотном строю – фаланге. В армии была установлена строгая дисциплина.
Спарта заняла выжидательную позицию и не прислала свои отряды, сославшись на религиозный праздник. Воины Лакодемона прибыли на место событий, когда дело уже было сделано. Тысячу человек прислал небольшой союзный Афинам городок Платеи из Беотии. Количественно, таким образом, афинская армия сильно уступала персидской, но качественно превосходила ее. Обученным и сплоченным гоплитам, защищавшим свои полисы, противостояла разноплеменная необученная персидская армия, многие солдаты которой сами были уроженцами мест, захваченных персидскими оккупантами.
Мильтиад, зная, что преимущество персов состоит в более многочисленной коннице, которая, как правило, стремится наносить удары с флангов, расположил своих гоплитов на ширине в 1 км, уперев их фланги в горы, для чего даже пришлось растянуть строй. С этой же целью – выдержать напор всадников – правое и левое крылья греческой армии имели большее количество шеренг в глубину, чем центр. Справа сосредоточились лучшие гоплиты Афин, левый фланг был отдан платеянам.
По всем правилам греческой военной науки при приближении персов фаланга гоплитов