Насколько Артабаз боялся сражения и успеха, настолько же Мардоний жаждал их обоих. Он увидел способ выманить греческие силы, атаковав их слабо защищенные линии снабжения патрульным отрядом конницы. Его планы были отчасти нарушены гибелью надежного и способного подчиненного, Масистия, попавшего в засаду.

Обе стороны некоторое время впустую гоняли свои армии: Мардоний отводил персов от афинян, а Павсаний вновь приближался, и оба командующих обеих армий спорили о целесообразности сражения или отступления. Массы имеют тенденцию выступать за наименее опасный путь действий. То, что военные советы никогда не голосуют в пользу битвы — это трюизм. Но в этом случае каждый командующий был способен внушить свою точку зрения солдатам своей армии. Наконец Мардоний выслал кавалерийский отряд, чтобы тот отравил и блокировал центральный источник, откуда греческая армия брала воду.

Мардонию также удалось перехватить значительный продуктовый обоз греков на перевале через гору Киферон. В связи с этим греческий военный совет проголосовал за отступление от Асопа к самым Платеям, где одна проблема могла решиться за счет большого водного пространства, в то время как для решения второй был отправлен вооруженный отряд. Само отступление началось ночью, и именно тогда Павсаний испытал на себе кризис командования, когда спартанец Амомфарет отказался отступать перед врагом вместе со своим небольшим отрядом. Павсанию пришлось выбирать: отказываться вовсе от командования над этой частью войска или возвращаться, не успев перестроиться.

В свою очередь Мардоний отметил перемены и беспорядок в греческих рядах и решил воспользоваться этим положением и перейти в решительное наступление. Более медлительный отход позволил афинянам принять атаку персов большей частью на фланг, между ними развернулась ожесточенная битва, в которой храбрость и численность персов боролись против дисциплины и решимости греков.

Элитная часть персидской армии, отряд отборных воинов численностью в 1000 человек, называемых «Бессмертными», сплотился вокруг Мардония в центре персидского войска. Эти воины вплотную сошлись в схватке с тяжелой пехотой спартанцев, которые жаждали мести за смерть царя Леонида. Со смертью Мардония кризис командования охватил персидские силы, поскольку Артабаз увел свои отряды с поля битвы, уверенный в поражении.

И поражение действительно последовало во многом благодаря его собственным действиям. Когда стало очевидно, что победа останется за греками, Артабаз взял на себя командование всеми персидскими силами и поспешно ретировался обратно в Персидскую империю. Беспорядок и непослушание подчиненных с обеих сторон сыграли большую роль, но для греков победа оказалась решающей и окончательной,