Еще раньше Мардоний занял проход через Киферон и отрезал Павсанию доставку жизненных припасов; уже в течение 12 дней он не подпускал к Азопу ни одного грека зачерпнуть воды; а теперь он еще засыпал источник. Греки были лишены воды и жизненных припасов и находились в отчаянном положении. Только быстрый, решительный удар мог вывести их из этого состояния, но Павсаний был слишком труслив для этого. Решено было, если только в течение дня вследствие нападения со стороны неприятеля дело не дойдет до битвы, в следующую же ночь занять новую позицию, отступив назад от персидского лагеря, ближе к Платее, и оттуда стараться снова овладеть проходом через Киферон, по которому доставлялся провиант. Выдержав в течение целого дня беспрерывные нападения персидской конницы, центр греческого войска, контингент небольших городов, с наступлением ночи быстро отступил на полмили назад в горы, под стены Платеи, и утомленный расположился па восточной стороне города, у храма Иры (Геры). Никто не хотел ночью же двинуться дальше к месту, назначенному для новой позиции. Когда Павсаний заметил, что центр отступил, даже не ожидая приказания, он и сам решился последовать за ним со своими спартанцами. Но один из подчиненных ему начальников, Амомфарет, раздраженный бесконечной медлительностью и уклончивостью Павсания, объявил, что он с своим отрядом не допустит добровольно позорить Спарту. Возник жаркий спор, во время которого Амомфарет обеими руками схватил наконец большой булыжник и положил его у ног Павсания со словами: «Этим камнем я подаю голос, что не следует бегать от врага». Павсаний не мог оставить одиноким благородный отряд Амомфарета и таким образом обречь его на погибель, и потому, когда во время самого спора пришел вестник от афинян посмотреть, ушли ли спартанцы вместе с центром, и в случае, если еще застанет их на прежнем месте, спросить, что афиняне должны делать, Павсаний велел передать Аристиду, что он останется, и хорошо было бы, если бы афиняне как можно скорее присоединились к нему. Под утро он снова раздумал и отступил в том предположении, что Амомфарет не захочет остаться один, и нисколько не заботясь о судьбе афинян, которым сам велел прийти на свою прежнюю позицию. Он пошел обходом на юг через горы до потока Молоента, ко храму Элевсинской Димитры, около полмили на восток от Платеи. Здесь присоединился к нему Амомфарет, который, покинутый всеми, действительно не хотел напрасно жертвовать своими людьми. Таким образом, греческое войско распалось на три части.
Заметив утром, что неприятель покинул свою позицию, Мардоний думал, что греки, обратившись в бегство, стараются отступить за Киферон. Поэтому он тотчас послал свою конницу отыскать и задержать неприятеля, а сам последовал за ней с пехотой. Всадники наткнулись на спартанцев у храма Элевсинской Димитры и тотчас атаковали их. Павсаний поспешил послать одного всадника к афинянам, чтобы они шли к нему на помощь, а до того времени расположил своих солдат так, что храм с его оградой и священной рощей прикрывал войско с тылу, между тем как илоты могли в безопасной позиции из рощи бросать свои пращи на неприятеля. Скоро появилась и персидская пехота под личным предводительством Мардония; битвы нельзя было избежать. Павсаний принужден был начать сражение с одними своими голодными и измученными спартанцами и Тегеатами, которые всю ночь провели в движении, и при этом начать сражение с неприятелем, значительно превосходившим его войско численностью. Пехота Мардония, поставив перед собой щиты в виде бруствера, стала осыпать спартанцев стрелами. Эти последние, стесненные до крайности, чтобы лучше укрыться от стрел неприятеля, присели за выставленными вперед щитами. Между тем за фронтом жрец убивал одно жертвенное животное за другим, но предзнаменования были все неблагоприятны.
Тогда Павсаний в горе со слезами на глазах обратился к храму Иры в Платее и с поднятыми вверх руками молился ей и другим богам, покровителям земли Платейской. «Если грекам не суждено победить, то дайте нам по крайней мере, прежде чем мы падем, совершить что-нибудь славное и на деле доказать врагу, что он вышел против людей мужественных и испытанных в бою». Пока еще Павсаний молился, тегеаты, находившиеся на левом крыле и наскучившие бездействием, поднялись и с направленными вперед копьями пошли против персидских щитов, и в это же самое время предсказатель воскликнул, что жертва стала благоприятной. Тогда двинулись и спартанцы. Преграда скоро была опрокинута и начался горячий рукопашный бой, в котором персы действовали весьма храбро. Они хватали руками копья спартанцев и ломали их; в одиночку или небольшими группами они проникали со своими короткими мечами в ряды спартанцев и старались их разрознить. Много храбрых спартанцев пало в этой свалке, в числе их также Амомфарет и Аристодим, не разделивший участи своих товарищей при Фермопилах и с этих пор влачивший в Спарте несчастную и позорную жизнь беглеца. Чтобы загладить бесчестие и покончить с ненавистной жизнью, он дрался при Платее храбрее всех и был убит, В этой резне спартанцы одержали верх вследствие превосходства их спокойной стойкости и военной ловкости над дикой и неразумной храбростью неприятеля. Персы начали отступать, а спартанцы, прикрываемые илотами с флангов и с тылу, продолжали наступать сомкнутой линией.
Чтобы остановить отступление своего войска, Мардоний послал сакских всадников в атаку против правого и левого крыла неприятеля, где крепко держались илоты, сам же со своей конной гвардией ударил на спартанцев. Но последние мужественно выдержали напор, и спартанец Аимнист так ловко пустил камень в голову Мардония, что тот мертвый упал на землю. Затем, когда персидские всадники были отброшены, спартанцы, построившись в порядок, обратились снова против неприятельской пехоты и обратили ее в беспорядочное бегство. В пылу битвы Мардоний совсем забыл о большей части пехоты и не употреблял ее в дело; теперь же и она присоединилась к бегущим.
Только Артабаз удержал свой отряд в 40000 и отступил в порядке. При первой же вести о поражении он оставил поле битвы и через Фессалию, Македонию и Фракию направился со своими голодными и изнуренными солдатами к Византии, куда прибыл благополучно. То были жалкие остатки великой армии Мардония, которые возвратились на почву Азии.
Сам Павсаний, до сражения бывший робким и нерешительным, во время битвы обнаружил большое мужество и отвагу. Он форсированным маршем преследовал бежавшего неприятеля, бросившегося через лагерь в укрепленный четырехугольник. Павсаний не задумался повести свои колонны на штурм против укреплений, но был отбит и отступил под дождем персидских стрел, потому что спартанцы, искусные в открытом поле; мало смыслили в деле штурмования укреплений.
Контингент пелопоннесцев, стоявший лагерем при Платее, у храма Иры, получив известие о сражении и успехе спартанцев, тотчас же двинулся к месту битвы, чтобы участвовать в победе. Он прошел свой путь едва ли не в час. Большая часть шла обходом по склонам гор, но мегаряне и флиасии в числе 4000 гоплитов подошли к месту битвы прямой дорогой по равнине. Тут-то виотийская конница напала на них и рассеяла; 600 человек был и изрублены, остальные бежали в горы.
Афиняне были уже на пути, чтобы занять свою новую позицию, как вдруг прискакал к ним на лошади вестник Павсания с требованием самой скорой помощи. Но лишь они тронулись, как были остановлены греками, подчинившимися персам, фессалийцами, македонянами, виотийцами и т. д.
Все они вместе в пять раз превосходили численностью афинян; несмотря на то, эти последние, нимало не медля, двинулись на них и обратили их в бегство. Только виотийцы продолжали еще некоторое время с отчаянным ожесточением драться против ненавистных им афинян, но и они, наконец, все-таки должны были уступить и направились к Фивам. Теперь афиняне поспешили за Азоп, чтобы помочь спартанцам при штурме укреплений. После непродолжительной горячей схватки афиняне взошли на стену, разрушили часть ее и пропустили в нее остальных греков. Первыми ворвались тегейцы и захватили палатку Мардония, после них афиняне и остальное войско. Произошла страшная резня. Персы потеряли всякую бодрость и не думали больше о защите; скучившись на небольшом пространстве, они окаменели от страха и ужаса. Павсаний отдал приказ не давать никому пощады.
Таким образом, из всей пехоты Мардония, за исключением ушедших под начальством Артабаза, осталось только около 3000 человек. Конница бежала с поля сражения и последовала за Артабазом.
Греки насчитывали у себя 1360 убитыми, из них 91 лакедемонянин, 52 афинянина, 16 тегейцев. В неприятельской пехоте больше других отличились персы, в коннице Саки; но сам Мардоний превзошел всех своей храбростью. Между афинянами больше других отличился Софан из Декелии; из спартанцев храбрее всех дрался беглец Аристодим, но спартанцы не дали ему никаких почестей, так как он искал смерти за свою вину. Между тремя лицами, объявленными у спартанцев храбрейшими из всех, был Амомфарет. Другой спартанец, по имени Калликрат, один из храбрейших и красивейших людей своего времени, еще до битвы был уже смертельно ранен в то время, когда Павсаний приносил жертву, а его солдаты, стоявшие под неприятельскими стрелами, прикрывались щитами.