雅典军队的战术也比波斯先进。雅典采取以重甲兵为主力的方阵队形。战斗时，手执长矛、盾牌的步兵组成密集行列向前冲锋，两翼由轻甲兵和骑兵掩护。这种队形的攻击力很强。波斯人的编队是千人、百人、十人一股，不是一个整体。步兵、骑兵没有统一指挥，各自为战。波斯的精锐部队仅仅是国王的御林军，包括号称“百战百胜”的步兵1万人，长枪步兵1000人，长枪骑兵1000人。

波斯人把战场选择在离雅典不远的马拉松海岸边，这儿是三面有山、一面临海的平原。波斯人想和雅典人在平原上进行骑兵决战。他们从海路运去马匹和骑手，登陆的步兵、骑兵各有1．5万人。

其实，这个战场并不利于波斯军队的进攻，反倒有利于雅典人的防守。雅典人控制了各个山头，就封锁了波斯军队到雅典去的道路。

波斯人完全低估了希腊方阵的攻击威力，他们布置了传统的阵势，步兵在中央，骑兵在两翼。

指挥雅典军队的是米太亚得。他年轻的时候曾经在波斯军队中服役，熟悉他们的战术。米太亚得在两翼布置重兵，中间用方阵重甲兵挡住波斯骑兵的进攻，然后从两翼包抄过去，迫使波斯全军后退了1．5公里。雅典军队乘势袭击了波斯的军营和在岸边抛锚的战船。波斯军队猝不及防，兵力损失了三分之一。剩下的仓惶登船逃走，许多来不及逃跑的当了俘虏。这次战斗中，重甲方阵战术代替了过去单枪匹马的作战方式，是古代作战战术的一次重大变化。

战斗结束以后，斯巴达的2000士兵才赶到，他们已经没有仗可打了，只能向雅典人表示祝贺。

雅典统帅米太亚得急着要让雅典城内的人得到胜利的喜讯，就派了士兵中著名的“飞毛腿”斐迪辟去报信。这位“飞毛腿”在战争开始以前，曾经奉命去斯巴达求援。据说240多公里的路程，他只用了两天两夜就赶到了。这次向雅典传送捷报，路程并不算长，只有40多公里。可是，他为了更快地让他的同胞们听到胜利的消息，一个劲儿地加快奔跑速度。斐迪辟从斯巴达送信回来没能得到充分休息，紧接着又进行了这次长跑，使身体受到了损伤。当他跑到雅典城的时候，已经上气不接下气，只说了声：“我们胜利了！”就倒在地上死了。

为了纪念斐迪辟的著名长距离奔跑，在1896年举行的现代第一届奥林匹克运动会上，就把距离42195米的长跑作为一个竞赛项目，定名为马拉松赛跑。

古希腊不是一个统一的国家，而是分成许多独立的城邦。城邦原来是在沿海一带建立的居民点，后来同周围的大小村庄连在一起，发展成为独立的小国家，所以又叫城市国家。城邦小的只有几千人，大的有几万、几十万人，掌权的是奴隶主阶级。雅典是古希腊最大的城邦之一。雅典人在这次马拉松之战中得到的胜利，加强了希腊其他城邦抵抗波斯侵略的信心。