Около 500 года до н. э. начинается сопротивление ионийцев и греков. Однако позиции персидских сатрапов в Магнесии того периода остаются твердыми. Поэтому, несмотря на утрату некоторых прибрежных городов, владычество империи персов в материковых городах сохранилось. Более того, один из героев Греко-персидских войн, полководец Фемистокл, разгромивший персов в знаменитом сражении при Саламинах, из-за политических междоусобиц в Афинах вынужден был бежать и нашел пристанище именно у персов. Царь Артаксеркс I лично пожаловал недавнему врагу несколько городов во владение. До самой своей смерти в 460 году до н. э. Фемистокл жил в Магнесии.
Вот что пишет о его правлении Плутарх: «По свидетельству большинства писателей, Фемистоклу были даны три города на хлеб, на вино и на рыбу – Магнесия, Лампсак и Миунт… Фемистокл соорудил в Магнесии храм Диндимены и сделал в нем жрицей дочь свою Мнесиптолему… Он перестал разъезжать по Азии, как уверяет Феопомп, а жил в Магнесии, получал большие подарки и пользовался почетом наравне с самыми знатными персами». Великолепная гробница Фемистокла находилась на площади в Магнесии. До наших дней могила не сохранилась.
К началу IV века до н. э. в регионе установился паритет: греки контролировали побережье Ионии, но Кария и внутренние районы Малой Азии принадлежали персам. Попытки спартанцев в 392 году до н. э. отвоевать Магнесию окончились неудачей. Тогда в сражении близ города был разгромлен полководец Тимброн, повадившийся набегать из Эфеса в персидские владения.
В 334 году до н. э. началось победоносное шествие по Азии Александра Македонского. Эфес сдался без боя, Магнесия-на-Меандре последовала его примеру. Согласно историку Арриану, после падения Эфеса граждане Магнесии пришли к Александру сдавать свой город.
После ранней кончины непобедимого Александра Македонского его огромное государство быстро распалось на несколько частей. Район Эфеса и Магнесии стал местом множества сражений между полководцами, получившими земли от Александра. Эфес в итоге попал под контроль династии Птолемеев, а Магнесия стала частью государства Селевкидов. Эфес и Магнесия, хоть и располагались в разных государствах, поддерживали самые тесные экономические и культурные связи. Фактически Магнесия была союзником и в определенном смысле даже городом-спутником Эфеса. До наших дней сохранились фрагменты городских ворот Эфеса, которые назывались Магнесианскими.
В 189 году до н. э. город переходит под контроль Пергамского царства и остается в его составе вплоть до прихода в регион римлян. Магнесия была перенесена в более удобное для обороны место у подножия горы Торакс. В этот период Магнесия достигает наибольшего могущества и расцвета культуры. Этому способствует