Det tallrike overlegne persiske infanteriet var fra den tunge (etter persisk standard) sparabara-formasjonen som fremdeles var en del lettere enn den greske falanksen. De persiske defensive våpnene var et stort treskjold, sammenlignet med det tunge bronseskjoldet til falanksen. Perserne dannet en skjoldmur og startet å skyte salver med piler mot spartanerne og tegeanerne. Etter at de led under disse salvene en stund, angrep tegeanerne, noe som tvang spartanerne til å følge deres eksempel. De greske lange spydene gav dem en taktisk fordel over de korte persiske spydene og sverdene, og slaget ble snart en nedslakting. Perserne ble tilintetgjort. Mardonios selv ble drept av en spartaner som het Aeimnestos. Mens spartanerne fremdeles ble utsatt for salvene av piler, beveget athenerne seg for å hjelpe dem, men stod plutselig ansikt til ansikt med persernes greske allierte. Mens de fleste greske gjorde som de var feige, angrep thebanerne og kjempet tappert, men ble slått tilbake etter å ha mistet 300 menn. Herodot hevder at resten av de greske og persiske styrkene ikke kjempet, noe som er svært tvilsomt. Dessverre har ingen antikke kilder med full beskrivelse av slaget overlevd til å si noe annet.