Персидский флот отплыл из Эретрии и высадился недалеко от места в Аттике под названием Марафон – на восточном побережье полуострова, в 40 км от города Афины. Афинское собрание послало гонцов в Спарту с просьбой о помощи, зная, впрочем, что спартанская помощь вряд ли подоспеет вовремя. (Основой легенды о марафонском гонце, возможно, послужило путешествие Фидиппида, специально обученного скорохода, который пробежал около 250 км от Афин до Спарты.) Вместо того чтобы готовиться выдерживать осаду внутри городских стен, афинский совет постановил послать девятитысячное войско в Марафон, чтобы вступить в бой с противником и задержать его наступление. Понимая опасность сражения на открытой местности, афинская пехота попыталась увлечь персидскую конницу в глубь страны в близлежащие узкие теснины. Однако затем, под покровом ночи, персы стали загонять большую часть конницы обратно на корабли. Опасаясь, что персидское войско отправится вдоль берега, чтобы напасть на незащищенный город у них за спиной, десять стратегов во главе с Мильтиадом решили напасть на врага немедленно и затем оттянуться к городу. Нападение увенчалось сокрушительным успехом: персидская армия отступила на корабли с большими потерями, конница не смогла высадиться на берег и персидский флот был вынужден отплыть восвояси.
Значение победы при Марафоне было огромным. Это была афинская победа, одержанная без спартанской помощи и, более того, одержанная войском граждан. Марафон подарил афинянам новое поколение героев – героев, которые не были легендарными фигурами из времен, простирающихся за пределы человеческой памяти, а друзьями, соседями, мужьями, отцами, сыновьями, родственниками. Происходящие из всех слоев общества, из всех районов города и остальной Аттики, это были реальные люди, которые удостоили себя почестей наравне с Ахиллом, Гектором и Одиссеем.
Афиняне ценили помощь богов и шли в атаку только после принесения жертв и толкования знаков. Тем не менее все знали, что само решение послать войско, а затем и напасть на врага, было принято в результате открытого обсуждения на совете и согласия между военачальниками. Марафон укрепил коллективный дух афинского народа, и когда Мильтиад потребовал себе почестей за руководство походом, собрание отклонило его просьбу, утверждая, что победа была одержана всеми воинами и что никто не должен почитаться более остальных.
Марафон положил конец одной кампании, но не мог заставить персов утратить интерес к греческому миру. В последующие годы в Персидской империи произошло египетское восстание, умер великий царь Дарий, однако через десять лет Ксеркс, сын и наследник Дария, вернулся в Грецию с войском в 100