達提斯企圖背靠艦船，將雅典軍隊引出城外，在有利的地形條件下進行會戰，一舉擊潰敵人。如果雅典人拒守不出，還可以取道向雅典直插進去，兵臨城下。這樣，進可攻，退可守，可謂無往而不勝了。
消息傳到雅典，雅典人決定傾全國之兵一萬餘人，由十位將軍率領前往馬拉鬆與敵人決一死戰。
就在隊伍出發前，十位將軍派通訊員斐裏庇底斯火速前往二百餘公裏外的斯巴達求援。盡管斐裏庇底斯說破了嘴皮，斯巴達人仍托辭不肯出兵，他隻好回到馬拉鬆複命。
這時，雅典的隊伍沿海岸行軍四十餘公裏，當天下午在馬拉鬆平原南端的一塊高坡上安營紮寨。太陽偏西時，雅典近鄰的小城邦普拉提亞派出六百人的增援隊伍與雅典部隊會師。援兵雖少，但也足以表達盟友之心。這個千把公民的小邦競傾巢出動，感動得雅典官兵熱淚盈眶，他們熱烈地擁抱著……
波斯艦隊停泊在東北部的海灣，營寨設在離海灣不遠的地方，靠近山嶺，因為那裏有一處山泉，人畜用水方便。達提斯在沒有摸清對手虛實的情況下，沒敢貿然到陣前挑戰，隻是密切注視著雅典的動作，期待他們內部出現分裂。
雅典的十位將軍經過反複研究，最後主戰派占了上風，議決由米爾提泰指揮全軍作戰。那一天，旭日東升，雙方在相距約一公裏半的開闊地擺好了陣勢。波斯人顯然把主要力量集中在陣勢中央，騎兵置於兩翼。雅典人數量不及波斯人，但盡可能將隊伍一字兒擺開，將方陣兩邊拉長到與波斯正麵陣勢寬度相當，以免被敵人包圍。米爾提泰在中央布置了少量兵力，隊列厚度隻有幾排，而在兩翼則加強密度，隊列在十排以上。他的戰術意圖是要在兵力不足的情況下，以兩翼的局部優勢去爭取全麵的優勢。
部署妥當，步兵們將左手臂套入圓盾背麵的皮圈，手指握緊把手，使盾牌緊緊縛在小臂之上，嚴嚴實實地遮擋前胸；右手拿著長約二米五的長矛，矛尖一律斜朝上方。他們肩並著肩，邁著整齊的步伐向敵軍排山倒海般壓過去。
波斯軍也不示弱，陣腳前移，準備迎擊。他們的步兵左手持著用柳條編織的圓盾，右手拿一根二米長的短矛。身上無鎧甲防護，僅穿一件帶袖的上衣和一條長褲。右邊腰帶上掛一柄短劍，背上有一個箭壺和一張硬弓。頭頂上則戴一頂青銅盔帽，不像希臘人的頭盔幾乎能遮滿臉頰，胸部和小腿有鎧甲防護。
雙方距離越來越近，即將肉搏之前，米爾提泰發出號令讓隊伍小跑起來，槍尖降下，直對前方，以不可阻擋的氣勢向波斯軍隊衝了過去。波斯的騎兵還沒有衝鋒就與雅典人扭成一團了。經過一場惡戰，雅典人終於戰勝了波斯人，雅典的官兵們欣喜若狂。米爾提泰立即派斐裏庇底斯跑回城去報捷。
斐裏庇底斯從馬拉鬆戰場一口氣跑了四十二公裏零一百九十五米，來到了雅典中心廣場。
那裏的人們正翹首企盼著戰鬥的消息。斐裏庇底斯已疲勞過度，上氣不接下氣地向他們喊道；
“歡……樂吧，雅典人！我們……勝利了。”
當他將勝利的消息說完後，就栽倒在地，氣絕身亡了。
為了紀念忠於職守的雅典信使，近代奧林匹克運動會的競賽項目中設立了馬拉鬆賽跑，這一長度恰好就是自馬拉鬆戰場至雅典廣場的全程。
馬拉鬆之戰創造了小國打敗大國的奇跡，長了希臘人的誌氣，滅了波斯人的威風。
馬拉鬆戰役的勝利產生了巨大的影響，鼓舞了全希臘與入侵的波斯鬥爭到底的決心，因而贏得了希波戰爭的最後勝利。