Η νικηφόρα για τους Έλληνες έκβαση της μάχης οφείλεται στον Αθηναίο στρατηγό Μιλτιάδη και το ιδιοφυές στρατηγικό του σχέδιο. Για τη διεξαγωγή της μάχης επιλέχθηκε το Μεγάλος Έλος, ώστε να εξουδετερωθούν τα πλεονεκτήματα του περσικού στρατού και να εγκλωβιστούν οι επίλεκτες δυνάμεις του σε φυσική παγίδα. Ο Μιλτιάδης ανέπτυξε την αθηναϊκή φάλαγγα στο ίδιο μήκος με την περσική παράταξη αποδυναμώνοντας το κέντρο. Και ενώ το κεντρικό τμήμα της φάλαγγας υποχώρησε υπό την πίεση των επίλεκτων περσικών σωμάτων, οι δυο πτέρυγες, αφού απώθησαν τους αντιπάλους τους, ενώθηκαν και στράφηκαν κατά του κέντρου. Οι Πέρσες υποχώρησαν άτακτα είτε προς τη θάλασσα είτε προς την πεδιάδα και σκοτώθηκαν από τους Αθηναίους που τους καταδίωξαν μέχρι τα πλοία ή πνίγηκαν στο Μεγάλο Έλος. Σύμφωνα με τον Ηρόδοτο, στη μάχη χάθηκαν 192 Αθηναίοι, 11 Πλαταιείς και 6.400 Πέρσες.
