Первоначально восставшим сопутствовал определенный успех: они даже смогли захватить и сжечь Сарды,- резиденцию персидского сатрапа, хотя цитадель города осталась в руках персов. Но силы огромной Персидской державы и горстки греческих полисов были слишком неравными. Персы смогли мобилизовать сухопутные силы, привлечь большой финикийский флот и в решающей, морской битве при острове Ладе в 494 г. до н. э. греческий флот был разгромлен. В том же году был захвачен Милет, уцелевшие жители которого были обращены в рабство.
Падение Милета произвело огромное впечатление в Греции, особенно в Афинах, которые считали Милет родственным городом. В 493/2 г. до н. э. в архонтство Фемистокла, будущего героя персидских войн, была поставлена на афинской сцене трагедия драматурга Фриниха «Падение Милета». После этого драматург был присужден к штрафу в 1000 драхм формально за то, что постановка трагедии расстроила граждан Афин. Действительной причиной могла быть борьба про- и антиперсидской группировок в Афинах.
Впрочем, в Персии уже созрело решение начать войну против полисов Балканской Греции. «Царь царей» Дарий считал, что вся Азия (включая малоазийские греческие города) принадлежит ему по праву завоевания, и за помощь своим соплеменникам Афины, Эретрия и другие полисы Балканской Греции должны понести суровое наказание. Первую экспедицию возглавил племянник и зять Дария Мардоний. Армия и флот Мардония двинулись вдоль северного побережья Эгейского моря (492 г. до н. э.). Однако около мыса Афон персидский флот был почти полностью уничтожен бурей, и Мардоний решил вернуться. Персидские послы были направлены в Грецию с требованием покорности. Во многих местах их встретили благосклонно, но Спарта и Афины решительно отказались подчиниться Дарию и казнили послов.
Столкновение Персидской империи и греческих полисов было неизбежным. И дело здесь не в экономических причинах, не в «борьбе за рынки сбыта», как думали историки начала XX в. Персидской империи, как и любой империи древности, было присуще стремление к расширению, завоеванию новых территорий. Персидская империя и греческий полис представляли собой два пути развития — путь восточной деспотии и путь гражданской общины, и поэтому греко-персидские войны имели всемирно-историческое значение.
Маршрут следующего похода персов лежал, по совету изгнанного афинского тирана Гиппия, через острова Эгейского архипелага. Были построены специальные транспортные суда для перевозки лошадей. После взятия Эретрии персы высадились неподалеку от Марафона на востоке Аттики, в месте, удобном для действия конницы — ударной силы персов. Афинское войско при поддержке платейцев, жителей небольшого города в Беотии, выступило навстречу врагу. Спартанская помощь задерживалась, и афинянам пришлось действовать практически в одиночку. Реальное руководство афинскими силами осуществлял талантливый стратег Мильтиад Младший из аристократического рода Кимонидов. Мильтиад был до этого правителем Херсонеса Фракийского на Геллеспонте, но его изгнали оттуда персы. Мильтиад хорошо знал противника и поэтому мог избрать оптимальную тактику.
Когда греки узнали о том, что персы погрузили на суда конницу с целью произвести внезапный рейд на Афины, было решено не медлить. Мильтиад усилил фланги и повел афинян в атаку, причем последний отрезок пути греки бежали в тяжелом вооружении (что свидетельствует об их отличной физической подготовке) с целью уменьшить потери от действий персидских лучников. План Мильтиада блестяще удался: персы обратились в бегство, оставив на поле боя около 6 тысяч человек, афиняне потеряли 192 гоплита. Конечно, персы вообще и даже экспедиционный корпус не были полностью разгромлены: они попытались, обогнув Аттику, высадиться в Афинах, и только спешное возвращение афинского войска заставило их убраться восвояси.
Военное, да и моральное значение Марафонской победы (490 г. до н. э,) было огромным. Один греческий полис, Афины, смог успешно противостоять экспедиционному корпусу «великого царя»; персы имели численное превосходство (20 тысяч против 12 тысяч афинян и платейцев) и, несмотря на это, были разгромлены. Марафон был не просто победой греков над персами, он продемонстрировал жизнеспособность молодой еще афинской демократии. Не стоит забывать, что персов сопровождал свергнутый афинянами тиран Гиппий, который рассчитывал вернуться к власти. Эффективной оказалась и система коллективного руководства афинским войском: десять избранных стратегов во главе с координатором — архонтом-полемархом. В момент битвы руководство осуществлял наиболее опытный стратег — Мильтиад Младший, что в значительной степени и предопределило исход сражения.