После этой атаки персов произошло то, чего Датис никак не ожидал. Крылья греческой фаланги удлинились, и оба фланга греков нанесли сильные удары по атакующим и отбросили их назад. В результате обнажились фланги «победоносного» центра, который оказался в полукольце и был наголову разгромлен. Датис, как ни пытался, не смог восстановить порядок в своих войсках. Да и к тому же он не имел большого резерва, чтобы направить его на помощь избиваемым греками царским воинам в самом центре Марафонской долины.
Персидское войско охватила паника, и оно устремилось к морскому берегу, к своим кораблям. По приказу Мильтиада греки, восстановив монолитность своей фаланги, начали преследовать бегущего противника.
Персам удалось добежать до близкого берега и спустить на воду суда. Они на всех парусах и вёслах пустились прочь от берега, спасаясь от греческих лучников.
В Марафонской битве персидское войско подверглось полному разгрому и потеряло только убитыми 6400 человек, не считая пленных и раненых, которых на ушедших на восток кораблях царского флота насчитывалась не одна тысяча. В день 13 сентября 490 года до н.э. афиняне потеряли всего 192 своих воина.
Эта победа вдохновила другие греческие города-государства на сопротивление господству Персии.
Царь Дарий I прославился как крупный государственный деятель, политик и военный реформатор. При нём огромное Персидское государство было разделено на сатрапии — административно-податные округа. Во главе их стояли царские наместники — сатрапы, которые одновременно являлись военачальниками тех военных сил, которые находились на территории сатрапий. Среди прочего, в их обязанности входила охрана государственных границ от разбойных нападений соседей, прежде всего кочевых племён, ведение военной разведки и обеспечение безопасности на путях сообщений.
Владения наместников стали наследственными.
При Дарии I была упорядочена налоговая система, что значительно упрочило экономическое благополучие Персидской державы, а царская казна стала стабильно пополняться за счёт снижения финансовых злоупотреблений в сатрапиях. Поэтому и внутренних возмущений, и мятежей против царской власти становилось гораздо меньше.
Чтобы упрочить могущество Персии, царь Дарий I провёл серьёзную военную реформу. Реорганизации подверглась в первую очередь царская армия. Её ядро составляли пехота и конница, набранные из персов. Это было не случайно — персидские владыки не доверяли войскам, состоявшим не из персов, поскольку те были склонны к измене и избегали рисковать жизнью во время военных походов и битв.
Царские войска возглавляли военачальники, которые были независимы от сатрапов и подчинялись только лично Дарию I. Это позволяло ему избегать опасности возникновения крупных мятежей в стране, в которых могли бы принимать участие войска, расквартированные в сатрапиях. Военачальники имели право в критических ситуациях действовать самостоятельно, руководствуясь только интересами Персидской державы.
Образцово содержались старые торговые пути и строились новые. Царь прекрасно понимал, что от процветания внешней и внутренней торговли, безопасности дорог Персии для торговцев во многом зависит благополучие государства, равно как и доходы казны и персидской знати — главной опоры династии Ахеменидов. Торговля в Персии при Дарии I процветала ещё и потому, что через её территорию проходили многие оживлённые торговые пути от Средиземноморья в Индию и Китай.
Был восстановлен судоходный канал от Нила до Суэца, который соединил богатый Египет с Персией. Царь Дарий I заботился о развитии флота и безопасности морской торговли, благополучии приморских портовых городов, приносивших в его казну немалые доходы. По свидетельству историков Древнего мира, персидского властелина египтяне почитали наравне со своими фараонами-законодателями. Даже жители далёкого Карфагена признавали, хотя и номинально, власть Дария.
Чеканка золотых монет, которые по имени царя получили название «дариков», заметно укрепила финансовую систему Персидского государства, в которой имели хождение золотые и серебряные монеты соседних стран, в первую очередь греческих. Введение в обращение золотой монеты свидетельствовало прежде всего о финансовом благополучии Персии при царе Дарии I. Золотые рудники на её территории были особой заботой царской администрации.
Большие доходы позволяли воинственному царю содержать огромную наёмную армию и крепости, стоявшие не только на границах Персии, но и внутри её.
Дарий I, по традиции того времени, задолго стал готовиться к своей смерти. По его повелению в скалах Накши-Рустама, близ города Персеполя, была сооружена царская гробница, которую украшали великолепные скульптуры. Она и стала последним прибежищем самого могущественного правителя Древней Персии. Его прямые наследники не проявили ни полководческих и дипломатических дарований, ни последовательности во внешней политике.