Nach dem Ende des Ionischen Aufstands 493 v. Chr. kehrte Miltiades nach Athen zurück, wo er von seinen Feinden angeklagt, jedoch freigesprochen wurde. Er gilt als treibende Kraft bei der Verteidigung gegen die Perser. Am Sieg der Athener über eine persische Streitmacht bei Marathon im Jahre 490 v. Chr. hatte er als Strategos gemäß Herodot einen entscheidenden Anteil. Herodot schreibt allerdings auch, dass Miltiades nicht das Oberkommando innehatte, sondern die Befehlsgewalt mit neun weiteren Strategen teilen musste. Der Vorsitz des Kollegiums lag bei dem in der Schlacht gefallenen Polemarchen Kallimachos. Da es keine zeitgenössischen Schriftquellen zur Schlacht gibt, ist die genaue Rolle des Miltiades umstritten. Herodot schreibt, Miltiades habe Kallimachos davon überzeugt, anzugreifen und dieser habe dann den Befehl zum Angriff erteilt. Fragwürdig ist hierbei allerdings, ob der den Strategen übergeordnete Polemarch zu dieser Zeit nur der nominelle Oberbefehlshaber war oder mehr Befehlsgewalt besaß als die anderen Strategen. Erstaunlich ist auch, dass Miltiades in der Beschreibung der Schlacht von Herodot mit keinem Wort mehr erwähnt wird. Kallimachos wird dagegen noch einmal mit seiner Position in der Schlachtordnung genannt; ebenso wird sein Tod in der Schlacht erwähnt. Die Position des Miltiades oder seinen möglichen Einfluss auf die Schlachtordnung und -taktik erfährt man nicht.