Ослабление греческой линии в центре, если это не было намеренной политикой, оказалось подарком судьбы. Если бы греки усилили центр, оставив фланги слабыми, они могли бы прорваться через центр персидских позиций. Но даже если бы им это удалось, они оказались бы в крайне незавидном положении, подставив фланги под удар легких персидских лучников и кавалерии, и были бы разбиты. Более того, персы поставили в центр свои лучшие войска, поскольку их стандартной тактикой был прорыв центром линии противника. На крыльях персидской линии стояли их подданные, включая союзников из бывшей греческой Малой Азии. Едва ли они стали бы сражаться не на жизнь, а на смерть со своими соотечественниками.
Далее было то, чего и следовало ожидать. Персидский центр прорвал ослабленные греческие линии в середине и устремился в преследование за греками, бегущими вглубь территории, от моря. Однако на обоих крыльях одерживали верх афиняне и платейцы. Увидев, что происходит, персидские войска в центре отказались от преследования и стали в панике рваться обратно к морю. Афиняне не стали преследовать обратившихся в бегство врагов, но, соединив оба крыла, сражались с врагами, прорвавшими центр. Их собственный центр враг теснил к греческому лагерю на юге, но между ним и сомкнутыми греческими крыльями теперь находился персидский центр, отрезанный от обоих флангов, которые быстро и беспорядочно отступали. Греки развернулись и начали убивать персов в своем тылу, и, несомненно, их поддержал собственный центр, теперь собравшийся. Персидская армия оказалась разделена надвое.
К концу дня 12 августа 490 года до н. э. первое персидское вторжение в Грецию завершилось. Не только персы, прорвавшиеся сквозь греческий центр, были разбиты, но также большая часть армии была оттеснена на север и погибла в предательских болотах. Потери персов составили 6500 человек убитыми, а афинян – менее 200 человек. Мы не располагаем данными о потерях платейцев и рабов, составлявших часть греческой армии. Это была славная победа, доказавшая, что дисциплина, смелость и отличное командование важнее, чем численное преимущество. Контингент из 2000 спартанцев – возможно, авангард – прибыл к афинянам слишком поздно, чтобы принять участие в сражении. Им оставалось только поздравить афинян и платейцев с победой.
До последнего момента кампания могла закончиться поражением греков. Датис, как только погрузил на суда оставшиеся войска на поле Марафона, направился на юг, чтобы попытаться взять Афины с моря. Победителям пришлось поспешить в Фалерон, порт Афин. Когда персидский флот подошел к берегу, персы увидели людей, только что разгромивших их при Марафоне, в боевой готовности на оливково-серебристых