雅典此時沒有弓箭手，也沒有騎兵，而是以9000名重裝步兵為主力；波斯則以剽悍聞名的20000名波斯騎兵為主力，雙方人數懸殊。雅典一開始以薄弱的中軍出擊，誘敵深入，希臘軍連戰連敗，一直退到了通往雅典的山谷，波斯騎兵也就一路直追，正當波斯騎兵開始感到進退兩難時，雅典在主帥米爾泰底（Miltiades）一聲令下，兩翼軍隊在山谷中突擊，而中軍也反擊敵軍，結果波斯軍大亂；大流士率軍乘船逃走。希臘軍大獲全勝之後，米爾泰底派遣一個長跑健將培?匹第斯（Phidippides），飛奔回雅典傳遞捷報。這位使者在三小時內跑回距離42公里遠的雅典，喊了一聲：「歡樂吧！我們勝利了！」倒在地上而死。本來波斯有意再突襲雅典，因為雅典有所準備，波斯乃全面退兵，希臘大獲全勝。1896年起，奧運會中的馬拉松比賽項目即源於馬拉松戰役。