Ситуация в известном отношении была аналогична битве при Гранике. Вновь персидское войско выстроилось за рекой Пинар, вновь персидская сторона считала, что крутой откос у реки, в это время года почти высохшей, защитит ее воинов от фронтальной атаки противника. Сообразно этому Дарий собирался главные силы войска держать в обороне, а пустить в наступление через реку сосредоточенную на правом крыле конницу, чтобы она опрокинула левый фланг противника, затем атаковала во фланг все македонские фаланги. В соответствии с персидской традицией Дарий занял место в центре войска. Слева от него находилось несколько тысяч кардаков, пеших тяжеловооруженных элитных соединений персов, однако подлинное ядро войска составляли около тридцати тысяч греческих наемников, которые занимали место между кардаками и конницей правого фланга. Дарий скорее всего мог ожидать, что его войска выдержат атаку македонской фаланги. Для менее ценной массы отрядов из отдельных сатрапий местность оставляла только позицию в тылу, позади передовой линии сражения. На крайнем левом фланге Дарий выдвинул легкие войска через реку Пинар так, чтобы они могли угрожать противнику с фланга и тыла. Данные античных источников, согласно которым великий царь при Иссе располагал в общей сложности многими сотнями тысяч человек, вызывают у современных историков скептическое отношение, хотя они и не могут точно скорректировать эти данные; скорее всего можно говорить о двух-трехкратном превосходстве персов.
Александр ответил противнику тем, что в последний момент и, очевидно, незаметно для персов, укрепил находившееся под угрозой левое крыло всей фессалийской конницей. В центре находились фаланги тяжеловооруженных пеших македонян и соединения гипаспистов. Для себя и для своих конных сопровождающих Александр выбрал правый фланг, как он делал это и при Гранике. Его план был следующим: мощной молниеносной атакой с фронта разрушить боевое построение противника и внести сумятицу в его ряды, прежде чем все еще превосходящие силы конницы правого вражеского фланга смогут добиться решающего успеха. Пешие греческие войска были поставлены вторым эшелоном за передовыми рядами, два меньших соединения легковооруженных воинов и всадников должны были охранять войско от неожиданного нападения специально выдвинутого персидского отряда.
Чтобы раньше, чем нужно, не нарушить боевое построение, Александр шагом продвигался вперед, пока не оказался в пределах досягаемости вражеских стрел. Тогда он бросил свою конную гвардию в стремительную атаку через реку и с большой силой опрокинул левый фланг противника. Тот пустился в бегство. Однако атака нарушила единство с центром, с македонской фалангой, и в образовавшуюся брешь ринулись греческие наемники Дария, верно оценившие благоприятный момент. Начался тяжелый бой, и много македонян пало, прежде чем Александр после короткого преследования отступающих кардаков вернулся и ударил во фланг наемников. Однако тем временем правый фланг персов захватил пространство у морского побережья, и исход битвы был бы еще неясен, если бы Дарий, из-за событий в центре своих войск, не посчитал ее проигранной. Спасаясь, он покинул поле боя. Быстро распространившееся известие о бегстве великого царя вызвало столь же быстрое и полное расстройство его армии. Лишь два соединения, состоявшие в основном из испытанных в боях греческих наемников, смогли отступить, сомкнув ряды, остальные были повержены или полностью рассеяны. Вместе гигантским обозом после битвы в руки победителю попали жена, мать и трое детей бежавшего Дария. Согласно свидетельству достоверных источников, Александр сообщил плененным женщинам, что Дарий жив, и обеспечил им царское обращение — ведь война, по его мнению, велась не из личной вражды, а «законно», за господство над Азией. Более поздние авторы считают личную встречу Александра с царственными дамами очевидной легендой, относя ее к тому литературному приукрашиванию, коим вскоре начали облекать деяния Александра.
Спустя некоторое время после битвы при Иссе состоялся обмен письмами, дошедшими до нас, которые проливают свет на положение, создавшееся вследствие великой победы Александра. Дарий сделал первый шаг. Считаясь с новыми обстоятельствами, он снизошел до того, чтобы, как «царь от царя», потребовать выдачи плененных родственников и предложить заключение договора о дружбе и союзе. В ответном письме Александр подчеркнул, что не он, а Дарий и его предшественники начали творить несправедливость, и особо выделил, что сам он пришел в Азию в качестве избранного военачальника эллинов, призванного отомстить персам за все их злодеяния. Царь заявил Дарию: «Поскольку я теперь владыка всей Азии, приходи ты ко мне… Когда же ты ко мне придешь, то проси о выдачи матери, супруги и детей и что тебе еще дорого, и ты это получишь. Ибо то, о чем ты просишь, будет тебе предоставлено. И если ты еще в будущем ко мне обратишься, то посылай ко мне как к царю Азии, а не как к тому, кто равен тебе, и твои желания излагай мне как владыке всего того, что некогда было твоим; в противном случае я буду считать это обидой для себя и соответственно обходиться с тобой. Если же у тебя другое мнение в отношении царского владычества, то ожидай меня и борись за него, а не беги. Я, со своей стороны, выступлю против тебя, где бы ты ни был».