交戰(zhàn)初期，波斯軍依仗兵力優(yōu)勢，采取中央突破戰(zhàn)術，雅典軍中路被波斯軍步步進逼，只得向后退卻，而波斯軍中路則因而突出了。

雅典軍兩側精銳立即合圍中路波斯軍，結果波斯陸軍被圍殲，被完全擊敗。而由海路偷襲雅典的波斯海軍，亦不能打敗雅典海軍。波斯軍只得撤退。

在馬拉松大戰(zhàn)獲勝后，一位名叫斐力庇第斯的士兵跑回雅典傳信，因為極速跑了42.193公里，報捷后便倒地身亡，而這亦是馬拉松長跑的來源。

馬拉松會戰(zhàn)成為古代戰(zhàn)爭史上以少勝多的范例之一。雅典軍于馬拉松戰(zhàn)役只有192人陣亡，而波斯軍則損失了6400人，但這對于龐大的波斯帝國來說并不是重大的打擊，因此波斯帝國在此戰(zhàn)后仍時刻尋找機會進攻希臘。

此后10年間，雙方緊張備戰(zhàn)。波斯征集大量兵員物資，建造大批艦船，架設浮橋，開鑿運河。希臘方面，雅典政府建造100多艘三層槳戰(zhàn)船，擴建各項防御工事，并加強海軍訓練，30多個城邦結成軍事同盟，推舉擁有強大陸軍的斯巴達為盟主，隨時準備抗擊波斯入侵。

二、第二次入侵

1、波斯再攻

公元前480年春，接任的波斯王澤克西斯一世（即薛西斯一世）親率陸軍25萬及戰(zhàn)艦1000艘再度進兵希臘。

雅典面對波斯大軍再度壓境，全城立即進入備戰(zhàn)狀態(tài)，以地米斯托克利為主帥，阿里斯德岱斯為副將迎戰(zhàn)。