Dopiero informacja przekazana bezpośrednio przez króla macedońskiego Aleksandra, iż Mardoniusz zamierza rozpocząć bitwę o świcie, zmusiła Greków do działania. Pauzaniasz w nocy przegrupował siły ku rzece dla zmniejszenia przewagi konnicy perskiej.
Bitwa Pauzaniasz rozstawił swych hoplitów na wzgórzach Asopos, gdzie znajdowały się liczne źródła wody. Obie strony wyczekiwały na ruch przeciwnika. Mardoniusz miał kłopoty z zaopatrzeniem wskutek działań oddziałów greckich na tyłach, jego jazda w nocy przechwyciła jednak zdążający z Megary grecki konwój z zaopatrzeniem i zdołała pozatruwać niektóre źródła.
Pauzaniasz odesłał mniej doświadczone oddziały, przede wszystkim lekką piechotę (peltastów) na tyły. Wojska Mardoniusza zaatakowały o świcie. Najpierw atak przeprowadziła konnica perska, lecz została odparta, a jej dowódca poległ. Jednak łucznicy perscy zadali dotkliwe straty, zwłaszcza Ateńczykom i Megaryjczykom, wobec czego Grecy zmuszeni zostali do natarcia. W walce wręcz, dzięki cięższemu uzbrojeniu i taktyce walki, przewagę zyskali hoplici. W odpowiedzi Mardoniusz poprowadził do ataku oddział doborowej jazdy, lecz bez powodzenia. Gdy zginąłWedług Ktezjasza Mardoniusz został ranny i uciekł z pola bitwy.