Danach landete das persische Expeditionskorps in Attika. Der vertriebene athenische Tyrann Hippias, der den persischen Feldzug begleitete und der in Athen restituiert werden sollte, riet Datis zu einer Landung in Marathon, weil er sich dort Zuzug von alten Anhängern der Tyrannis in Athen erhoffte. Nach mehreren Tagen kam es zur Schlacht von Marathon, die von den Persern verloren wurde. Damit war die Expedition des Datis gescheitert, hatte aber dennoch die persische Herrschaft über die Kykladen ausgedehnt. Spätere Berichte, die sich bei Diodor finden, denen zufolge Datis den Athenern ein Bündnis angeboten haben soll – unter Verweis auf eine gemeinsame mythische Abstammung –, sind historisch nicht glaubwürdig. Sie stellen womöglich eine Projektion späterer Ereignisse vor der Schlacht von Plataiai dar, als der persische Oberkommandierende Mardonios die Athener tatsächlich zum Überlaufen bewegen wollte. Über das weitere Schicksal des Datis ist nichts bekannt. Spätere griechische Quellen, die vom Tod des Datis in der Schlacht von Marathon wissen wollen, verdienen wahrscheinlich keinen Glauben.