Pengepungan Naxos (499 SM)
Akibat

Artikel utama: Pemberontakan Ionia
Dengan kegagalan menaklukkan Naxos, Aristagoras mendapati dirinya berada dalam keadaan yang sulit; dia tidak dapat membayar biaya ekspedisi kepada Artaphernes. Selain itu dia semakin menjauh dari keluarga kerajaan Persia. Dia cemas dirinya akan dipecat dari jabatannya oleh Artaphernes. Dalam upaya putus asa untuk menyelamatkan dirinya sendiri, Aristagoras memilih untuk menghasut rakyatnya, yakni penduduk Miletos, untuk memberontak melawan kekuasaan Persia atas mereka. Pemberontakan itu menyebar ke seluruh Ionia, bahkan hingga ke Aiolis dan Doris. Di berbagai kota Yunani di sana, rakyat menggulingkan kekuasaan para tiran dengan menggantinya dengan pemerintahan demokrasi.
Setelah berhasil menghasut seluruh Asia Kecil untuk memberontak, Aristagoras jelas menyadari bahwa orang Ionia masih membutuhkan sekutu lainnya untuk menghadapi Persia. Pada musim dingin tahun 499 SM, dia berlayar ke Yunani daratan untuk mencoba mencari sekutu. Dia gagal mengajak Sparta, tetapi kota Athena dan Eretria bersedia mendukung pemberontakan. Pada musim semi tahun 498 SM, Athena mengirim dua puluh trireme, dan Eretria mengirim lima trireme, sehingga totalnya menjadi dua puluh lima trireme, untuk berlayar ke Ionia. Mereka bergabung dengan pasukan Ionia utama di dekat Ephesos.
Pasukan ini kemudian dipandu oleh orang Ephesos melalui pegunungan menuju ke Sardis, ibu kota kesatrapan Artaphernes.
Setibanya di Sardis, pasukan Yunani mampu mengejutkan orang Persia, yang saat itu sedang tak waspada. Mereka berhasil merebut kota bawahnya namun kota itu kemudian terbakar habis, dan pasukan Yunani, yang kehilangan semangat, memilih untuk mundur dari kota. Mereka berjalan kembali ke Ephesos. Pasukan Persia di Asia Kecil menyusul pasukan Yunani, memergoki mereka di dekat Ephesos. Jelas bahwa pasukan Yunani, yang kelelahan dan kehilangan semangat, bukan tandingan bagi pasukan Persia, dan memang pada akhirnya pasukan Persia berhasil sepenuhnya mengalahkan pasukan Yunani melalui pertempuran di Ephesos. Tentara Ionia yang selamat dari pertempuran melarikan diri ke kota masing-masing, sedangkan pasukan Athena dan Eretria berhasil tiba di kapal-lapal mereka untuk kemudian berlayar kembali ke Yunani.
Meskipun mengalami kegagalan, pemberontakan terus menyebar. Orang Ionia mengirim pasukan ke Hellespontos dan Propontis, dan merebut Byzantion serta kota-kota lain di sekitarnya. Mereka juga membujuk Karia untuk ikut memberontak. Lebih jauh lagi, melihat pemberontakan yang semain menyebar, kerajaan Siprus juga ikut memberontak meski tanpa ajakan dari pihak luar. Selama tiga tahun berikutnya, pasukan dan armada Persia sibuk bertempur untuk menghentikan pemberontakan di Karia dan Siprus, sedangkan Ionia tampaknya mengalami masa damai yang tak tenang pada masa-masa tersebut. Pada puncak serangan balasan Persia, Aristagoras, yang merasa bahwa posisinya sudah tak dapat lagi dipertahankan, memutuskan untuk meninggalkan jabatannya sebagai pemimpin Miletos sekaligus pemimpin pemberontakan, lalu dia pun pergi dari Miletos. Herodotos, yang jelas memiliki pandangan buruk terhadap Aristagoras, berpendapat bahwa dia telah kehilangan keberaniannya dan melarikan diri. Setelah meninggalkan Ionia, Aristagoras pergi ke Thrakia dan terbunuh di sana ketika berusaha menaklukkan sebuah kota.
Pada tahun keenam pemberontakan (494 SM), pasukan Persia dikumpulkan ulang. Semua Tentara darat yang tersedia digabungkan ke dalam satu pasukan, dan diiringi oleh armda, yang diambil dari Siprus, yang telah dikuasai kembali, juga dari Mesir, Kilikia, dan Fenisia. Pasukan Persia langsung menuju Miletos, tidak terlalu memedulikan pertahanan pemberontakan di tempat lainnya, kemungkinan berniat untuk menghentikan pemberontakan langsung di pusatnya.
Dalam menghadapai armada Persia, orang Ionia berniat mempertahankan Miletos di laut, meninggalkan pertahanan kota Miletos kepada orang Miletos sendiri. Armada Ionia berkumpul di pulau Lade, lepas pantai Miletos. Pasukan Persia merasa tak yakin akan memperoleh kemenangan di Lades, jadi mereka pada awalnya berusaha untuk membujuk beberapa kontingen Ionia untuk membelot. Meskipun usaha ini awalnya gagal, ketika pasukan Persia akhirnya menyerang pasukan Ionia, kontingan Samos menerima tawaran Persia. Ketika armada Persia dan Ionia semakin saling mendekati, kapal-kapal Samos berlayar menjauh dan meninggalkan medan tempur. Akibatnya barisan tempur Ionia pun menjadi berantakan. Meskipun kontingen Khios dan beberapa kapal lainnya tetap bertahan, dan bertempur mati-matian melawan Persia, tetapi pertempuran itu berakhir dengan kemenangan bagi Persia.
Dengan kekalahan pasukan Ionia di Lade, Pemberontakan Ionia berhasil diakhiri oleh Persia. Setahun kemudian, pasukan Persia menaklukkan benteng pertahanan pemberontak terakhir, dan memulai proses untuk menstabilkan daerah Ionia. Meskipun Asia Kecil berhasil dikuasai kembali oleh Persia, Darius bersumpah untuk menghukum Athena dan Eretria atas bantuan mereka kepada para pemberontak. Selain itu, Darius menganggap bahwa dunia Yunani yang terpecah-pecah dapat memberikan ancaman berkelanjutan bagi kestabilan kekaisarannya. Oleh karena itu dia memutuskan bahwa seluruh Yunani harus ditaklukkan. Pada tahun 492 SM, dimulailah invasi pertama Persia ke Yunani.