Mardonio atravesó Asia Menor hasta Jonia, donde derrocó las tiranías y las reemplazó por democracias.
El ejército marchó a través de Tracia, reconquistándola, y al alcanzar Macedonia, antiguo aliado, le obligaron a pagar tributo a los persas, aunque permitiendo que mantuviera su independencia.
Tras someter Tasos y al ladear el monte Athos, el ejército Persa fué sorprendido por una violenta tempestad que diezmó la flota.
Tras esto y las racias acaecidas por los brigios de Tracia, se retiraron de nuevo a Asia sin haber logrado sus objetivos, aun así, lograron fortalecer el control persa de los territorios fronterizos con Grecia.
Tras esta fallida incursión en Grecia, Darío envió embajadores a las polis griegas pidiendo una "ofrenda de tierra y agua", lo cual era un símbolo tradicional de sumisión. La mayoría de las polis respondieron favorablemente, salvo Esparta y Atenas, las cuales juzgaron y colgaron a los embajadores.
No obstante, Esparta sufría una crisis interna. Egina había aceptado la oferta persa y podía ser usada cmo base estratégica. Cleómenes y Demarato, los biarcas de Esparta, discrepaban sobre la legitimidad del acto, por lo que Cleómenes declaró a Demerato ilegítimo con la ayuda de los sacerdotes de Delfos, a los que había sobornado. Cleómenes fue depuesto y le sucedió Leotíquidas, y con el y Cleómenes de acuerdo, los eginetas capitularon.
Los espartanos desterraron a Cleómenes al conocer su pacto con Delfos y tras un breve destierro murió encarcelado y fue sustituído por Leónidas I, su hermanastro.
Aprovechando la situación en Esparta, Darío envió un ejército anfibio a castigar a Atenas y Eretria, con Datis el Medo y Artafernes al mando.
El ejército a su paso por Naxos la arrasó y esclavizó a la totalidad de su población, por contrario, en el resto de territorios conquistados, Datis intentaba mostrar clemencia, con la excepción de Caristo, que corrió la misma suerte que Naxos.
De camino a Eretria, la flota conquistó la totalidad de las islas Cícladas y después, atacó a Eretria.
La ciudad fue sitiada durante seis dias, antes de ser traicionada por algunos ciudadanos, siendo finalmente saqueada y sus ciudadanos tomados como rehenes.
Justo antes de la llegada persa, Atenas mandó 4000 ciudadanos en ayuda a Eretria ante la inminente llegada persa, pero fueron salvados por Esquines al aconsejarles la retirada.
Tras la conquista de Eretria, los persas se dirigieron a Maratón.
El ejército ateniense, capitaneado por Milicíades el Joven, el "strategos" ateniense más experimentado en la lucha contra los persas, fue enviado a bloquear las salidas de la llanura de Maratón para impedir la entrada del ejército aqueménida por tierra. Al mismo tiempo, Fidípides, un corredor mensajero, fue despachado para solicitar refuerzos a Esparta.
Los atenienses se encontraban casi solos, habiendo recibido sólo un pequeño contingente de Platea.
Los persas navegaron por la costa de Ática y anclaron en Maratón, a escasos kilómetros de Atenas, con el asesoramiento del tirano ateniense retirado Hipias.

Milicíades convenció a Calímaco, el polemarca, a alargar la línea de soldados griegos. Dispuso las tropas de dos tribus en el centro, los Leóntidas, capitaneados por Temístocles, y los Antióquidas, capitaneados por Arístides, en cuatro filas.
No se conoce cual fue el detonante de la batalla.
Tras la victoria griega inicial, los griegos deberían prevenir una segunda ofensiva persa con las tropas aún embarcadas. La flota persa necesitaba una decena de horas para bordear el Cabo Sunión y llegar a Falero.
Con una marcha forzada, los hoplitas griegos llegaron justo antes que las escuadras navales enemigas. Los persas, al percatarse, se negaron a desembarcar.
Algunos días más tarde llegaron los refuerzos espartanos, quienes felicitaron a los atenienses y platienses.
La reacción de Darío fue preparar su venganza y una nueva expedición, pero estalló una revuelta en Egipto, dirigida por el "satrapa" Ariandes, que tuvo ocupado a Darío los últimos meses de su reinado; murió en el 488 a.C. y su hijo Jerjes le sucedió en el trono aqueménida.