В Спарте после саламинской победы взяла на некоторое время верх миролюбивая группировка. Через Истм была сооружена стена, благодаря чему нападение персов с суши стало невозможным. Персидского флота также уже не существовало в Греции. Поэтому казалось наиболее благоразумным не предпринимать ничего и выжидать событий. Такое поведение Спарты не могло не усилить пацифистских настроений в афинском войске (в это время Мардоний уже снова занял Аттику, а афинское войско находилось на Саламине). Член афинского совета Ликид выступил с предложением договориться с персами, но большинство было против него, и он был даже побит камнями. После этого афинское посольство в составе Кимона, Ксантиппа и Миронида, по предложению Аристида, направилось в Спарту. Только угроза, что афиняне станут на сторону Персии, заставила Спарту перейти к решительному образу действий. Действительно, в таком случае Персия получила бы афинский флот и имела бы больший флот, чем все остальные греки, взятые вместе; положение Спарты стало бы безнадежным. Всенародное спартанское ополчение двинулось из Пелопоннеса под предводительством спартанского регента Павсания, соединилось с ополчениями других пелопоннесских государств, а по прибытии в Аттику — с афинянами и платейцами. Мардоний, учитывая, что гористая Аттика неудобна для действий его конницы, отступил в Беотию к Платее; предварительно он снова сжег и уничтожил Афины.
Цифры персидского войска, даваемые Геродотом для битвы при Платеях, несомненно тенденциозно преувеличены с патриотической целью. Число воинов в греческом войске определяется Геродотом в 110 000 человек, в том числе 39 000 тяжеловооруженных; в персидском войске, вероятно, воинов было немногим больше; из них 20—30 тысяч составляли греки из северной и средней Греции (беотийцы, локрийцы, фессалийцы, фокидцы) и македоняне. Но главным преимуществом персов была их прекрасная конница, тогда как у греков конницы вовсе не было. Поэтому греки стояли на склонах гор, где конница не могла действовать, а персы — на равнине. Ясно, что обеим сторонам было одинаково невыгодно наступать; поэтому жертвы и у той и у другой стороны не давали в ловких руках жрецов благоприятных предзнаменований для наступления. Попытка персидской конницы атаковать греческие позиции окончилась для нее тяжелой неудачей.
В таком положении персы пытались внести разложение в греческое войско, вступив в сношения с персофильскими элементами в войске. И здесь, как и во время Марафонской битвы, стали заметны персофильские настроения и готов был вспыхнуть заговор. Плутарх сообщает следующее:
«В это время вся Греция была в смятении, но наиболее тревожное состояние было среди афинян. Люди из знатных и богатых домов, превратившиеся из-за войны в бедняков, увидели, что вместе с богатством они лишились всякого влияния и популярности и что властвуют и пользуются почетом другие. Поэтому они тайно собрались в каком-то доме в Платеях и устроили заговор для свержения демократии. Если же заговор не удастся, они решили заняться вредительством и предать своих варварам. Они вели агитацию в лагере, и значительная часть войска уже подверглась разложению».
Характерно поведение Аристида, отражающее настроение части афинских правящих кругов, враждебных Фемистоклу. Он занимает двойственную выжидательную позицию по отношению к мятежникам и из большого числа виновных арестует только восемь человек; двум вождям движения, уже ранее обвиненным в государственной измене, дает возможность бежать, а остальных выпускает якобы за недоказанностью обвинения.
Мардоний имел и еще одну удачу; ему удалось засыпать ручей Гаргафию, из которого получало воду греческое войско, и грекам ничего не осталось, как перейти на другие позиции на виду у неприятеля; вдобавок между афинянами, спартанцами и тегейцами начались споры за наиболее почетные и ответственные позиции в строю. Все эти обстоятельства, казалось, давали персам надежду на победу, и они напали на спартанцев в то время, когда те переходили на новые позиции. Однако преимущества спартанской военной дисциплины сказались здесь во всем блеске: спартанцы погибали во множестве от вражеских стрел, но не отвечали на выстрелы и не покидали своих мест в строю до тех пор, пока не получили тактического преимущества. Персы сделали стену из щитов и из-за такой стены осыпали спартанцев стрелами, т. е. применили тактику сплоченного строя, в которой их враги-спартанцы не имели равных. Спартанцы устремились на персов, которые, несмотря на отчаянное сопротивление, были разбиты. В сражении такого типа играет решающую роль тяжелое вооружение, которого не было у персов: «В отваге и силе персы не уступали эллинам, но они были безоружны, неопытны (в таком бою) и по ловкости не могли равняться с противниками. Наиболее гибельно для них было отсутствие тяжелого вооружения — им, легковооруженным, приходилось воевать с тяжеловооруженными» (Геродот). В бою пал и сам Мардоний. После этого персы отступили и заперлись в укрепленном лагере. Спартанцы оказались совершенно беспомощными, так как они не умели брать крепостей; здесь решающая роль перешла к афинянам, которым и удалось овладеть персидским лагерем. После этого остатки персидского войска бежали в Азию. Греки получили богатую добычу; Платеи, на территории которых произошла битва и жители которых храбро сражались в этом бою, получили победный приз, и их территория была поставлена под особую защиту всех эллинов. Эта победа имела место летом 479 г.