Aleksanteri valloitti Persian hallitsemat kaupungit Välimeren rannikolla ja eteni edelleen Egyptiin, jonne hän perusti Aleksandrian kaupungin. Sotaretkensä jälkeen hän kääntyi uudelleen kohti itää. Dareios oli päättänyt odottaa makedonialaisia Mesopotamiassa. Hän oli uudistanut joukkojaan kreikkalaisten mallin mukaisesti ja oli myös ottanut mukaansa sotanorsuja, joita kreikkalaiset eivät vielä olleet kohdanneet taistelukentällä. Armeijaan kuului myös pelättyjä viikatevaunuja. Aleksanteri ylitti Eufrat- ja Tigrisjoet kohdaten perisalaiset Dareioksen valitsemalla taistelupaikalla Gaugamelassa lähellä Arbelaa eli nykyistä Irbiliä. Aleksanteri hyökkäsi 1. lokakuuta 331 ja kokeneet makedonialaiset voittivat jälleen persialaiset viikatevaunuista ja armeijan uudistuksista huolimatta. Dareios pääsi jälleen pakenemaan taistelukentältä, mutta hän ei enää kyennyt kokoamaan suurta armeijaa makedonialaisia vastaan. Ainoan takaiskunsa Aleksanteri koki Persian porttien taistelussa satraappi Ariobarzanesia vastaan, mutta hänetkin voitettiin lopulta ja Persepolis menetettiin makedonialaisille tammikuussa 330 eaa. Aleksanteri poltti osan kaupungista. Tarinan mukaan hän päätti ryhtyä tuhotöihin humalassa Thaïs-nimisen kurtisaanin taivuteltua hänet kostamaan Akropoliksen tuhon Ateenassa Kserkseksen sotaretkellä. Todellisuudessa tuho lienee ollut akhaiminidien hallitsijasuvun päättymistä osoittava symbolinen ja poliittinen teko. Muuten Aleksanteri noudatti persialaistamispolitiikkaa muun muassa naimalla Dareioksen tyttären . Myös monet persialaiset paikalliset hallitsijat saivat jäädä asemiinsa.