Als die athenische Linie bereit war, wurde laut einer Quelle das einfache Signal zum Vorrücken von Miltiades gegeben: "S. 191 Höchstwahrscheinlich marschierten sie, bis sie die Grenze der Wirksamkeit der Bogenschützen, die "geschlagene Zone", erreichten (etwa 200 Meter), und brachen dann in einen Lauf auf den Feind zu. S. 66 Herodot legt nahe, dass dies das erste Mal war, dass eine griechische Armee auf diese Weise in die Schlacht zog; dies lag wahrscheinlich daran, dass es das erste Mal war, dass eine griechische Armee einem Feind gegenüberstand, der hauptsächlich aus Raketentruppen (Bogenschützen, Speerwerfer) bestand.
All dies war offensichtlich sehr zur Überraschung der Perser. Durch den Pfeilhagel hindurch, zum größten Teil durch ihre Rüstungen geschützt, kollidierte die griechische Linie schließlich mit der feindlichen Armee. Holland liefert eine anschauliche Beschreibung:
"Der Feind direkt auf ihrem Weg... erkannte zu ihrem Entsetzen, dass [die Athener], weit davon entfernt, ihren Bogenschützen die leichte Beute zu liefern, wie sie es sich zuerst vorgestellt hatten, nicht aufzuhalten waren... Die Auswirkungen waren verheerend. Die Athener hatten ihren Kampfstil im Kampf mit anderen Phalanxen verfeinert, Holzschilde schlugen gegen Holzschilde, eiserne Speerspitzen klapperten gegen bronzene Brustpanzer...in diesen ersten schrecklichen Sekunden der Kollision gab es nichts anderes als einen pulverisierenden Aufprall von Metall auf Fleisch und Knochen; dann rollte die athenische Flut über Männer, die höchstens gesteppte Rucksäcke zum Schutz trugen und vielleicht mit nichts weiter als Bögen oder Schleudern bewaffnet waren. Statt zu zittern... könnten die Aschespeere der Hopliten statt zu zittern... stattdessen könnten sie immer wieder zustechen, und diejenigen des Feindes, die ihren ängstlichen Stichen ausweichen, könnten leicht unter dem schieren Gewicht der vorrückenden Männer aus Bronze zu Tode gequetscht werden."194-197
Die athenischen Flügel leiteten die unterlegenen persischen Abgaben (einberufene Truppen) schnell an den Flanken um, bevor sie sich nach innen drehten, um das persische Zentrum zu umzingeln, das gegen das dünne griechische Zentrum erfolgreicher gewesen war. Die Schlacht endete, als das persische Zentrum dann in Panik in Richtung ihrer von den Griechen verfolgten Schiffe brach. Einige, die sich des örtlichen Geländes nicht bewusst waren, liefen in Richtung der Sümpfe, wo eine unbekannte Anzahl ertrank. p71 Die Athener verfolgten die Perser zurück zu ihren Schiffen und konnten sieben Schiffe erobern, von denen die meisten jedoch starten konnten.
Herodot berichtet, dass 6.400 persische Leichen auf dem Schlachtfeld gezählt wurden. Es ist unbekannt, wie viele weitere in den Sümpfen starben. Die Athener verloren 192 Männer und die Platäer 11.