Persialaissotien jälkeen Poteidaia liittyi Ateenan johtamaan Deloksen meriliittoon, mutta säilytti vahvat yhteytensä emäkaupunkiinsa. Korintista lähetettiin vuosittain korkea virkamies ("epidēmiurgos") Poteidaiaan. Kun Ateenan ja Korintin välille kehittyi jännitteitä 400-luvun eaa. puolivälin tienoilla, ateenalaiset alkoivat epäillä, kumman puolelle Poteidaia asettuisi. Suojatakseen omat intressinsä ateenalaiset määräsivät poteidaialaiset purkamaan kaupunkinsa muurit ja lähettämään pois korinttilaiset virkamiehet. Poteidaialaiset eivät kuitenkaan hyväksyneet näitä määräyksiä, vaan aloittivat kapinan Ateenaa vastaan vuonna 432 eaa. Tämä johti kaupungissa samana vuonna käytyyn Poteidaian taisteluun. Ateenalaiset valtasivat Poteidaian lopulta vuonna 429 eaa. noin kahden vuoden piirityksen jälkeen. Piirityksessä kaupunki kärsi kauheasta nälänhädästä, mikä johti jopa ihmissyöntiin. Poteidaian taistelu oli yksi peloponnesolaissodan alkusyistä.