Sein exzellentes Auge bewies Demosthenes erneut im folgenden Jahr, als er bei der Umseglung des Peloponnes das Vorgebirge von Pylos in Messenien als ein geeignetes Terrain erkannte, dessen Besetzung er bei der Flottenführung durchsetzte, um selber die Befestigungsarbeiten zu übernehmen. Nach Ankunft der Spartaner kam es 425 v. Chr. zur Schlacht von Pylos, in deren Verlauf Demosthenes nicht nur alle spartanischen Angriffe zu Lande und von See abwehrte, sondern schließlich mithilfe der Flotte unter Eurymedon auch ein Kontingent von 420 spartanischen Hopliten auf der vorgelagerten Insel Sphakteria abschneiden konnte. In der Folge musste Demosthenes das Verdienst für diesen größten Erfolg Athens im gesamten Krieg allerdings mit dem Demagogen Kleon teilen, einem populären Athener Politiker, der sich von der Volksversammlung mit der Gefangennahme der Spartaner auf der Insel beauftragen ließ und Demosthenes auf die Rolle eines Assistenten herabdrückte. Plan und Ausführung der brillanten Operation gingen weitgehend auf das Konto des Demosthenes, doch der Erfolg wurde vor allem Kleon gutgeschrieben. Die Schlacht von Sphakteria gab dem Peloponnesischen Krieg insofern eine bedeutende Wende, als die Gefangennahme von 292 spartanischen Hopliten (darunter 120 spartiatische Vollbürger) die Friedensbereitschaft der Spartaner deutlich erhöhte.