Первые годы войны пагубно отразились на экономике Афин. Эпидемия подорвала и военную силу полиса. Смерть авторитетного лидера афинской демократии привела к политической дестабилизации в полисе, начались столкновения между умеренными во главе с Пикием, сторонниками заключения мира, и радикально настроенными демократами, которых возглавил Клеон, представлявший интересы торговцев и ремесленников. Группировка Клеона одержала верх. В результате этого афиняне предприняли активные боевые действия, высадившись в 425 г. до н. э. в Пилосе, на западном побережье Пелопоннеса. Затем афинянам удалось пленить более сотни знатных спартиатов на острове Сфактерия близ Пилоса. Спарта оказалась в угрожающем положении, когда наметилась возможность организовать союз афинян и мессенских илотов.
Желая принудить афинских союзников к отпадению, а также с целью ликвидировать очаг военной угрозы на западном побережье Пелопоннеса, спартанский полководец Брасид попытался перенести боевые действия на северо-восток Балканского полуострова, к Халкидики. В битве при Амфиполе (октябрь 422 г. до н. э.) афиняне во главе с Клеоном потерпели поражение. И Клеон, и Брасид пали в сражении. В любом случае силы сторонников радикальных действий как в Афинах, так и в Спарте были подорваны. Это привело к заключению в 421 г. до н. э. мирного договора, названного Никиевым по имени военачальника и политического деятеля Никия, возглавлявшего афинскую делегацию. По условиям соглашения предполагалось возвращение воевавших сторон к состоянию до начала Архидамовой войны.
Мирная передышка длилась недолго. Уже в 420 г. до н. э. победившая в Афинах группировка наиболее воинственных сторонников продолжения боевых действий во главе с племянником Перикла Алкивиадом спровоцировала ряд антиспартанских выступлений среди граждан некоторых пелопоннесских полисов. В битве при Мантинее в августе 418 г. до н. э. Спарта подавила мятежников. Но Алкивиад не унимался. Весной 415 г. до н. э. по его инициативе афиняне организовали военно-морскую экспедицию против Сиракуз на остров Сицилия. С помощью Спарты афиняне были разбиты, что нанесло сильнейший удар по их авторитету и могуществу. Алкивиад в этой акции не участвовал, так как еще до ее начала он был обвинен в религиозном преступлении и бежал в Спарту.
Вскоре по предательскому совету Алкивиада спартанцы продолжили боевые действия в Аттике, превратив местечко Декелея в плацдарм для нападения на Афины. По названию этого городка, расположенного в 20 км от Афин, второй этап Пелопоннесской войны стал именоваться Декелейской войной (415–404 гг. до н. э.).
Одновременно Спарта, заручившись финансовой поддержкой своего бывшего врага – Персии, получила возможность собирать дань с греческих городов Малой Азии, отпавших в ходе первого этапа войны от союза с Афинами. Положение Афин резко ухудшилось, что привело к олигархическому перевороту 411 г. до н. э. В Афинах установилась власть 400 знатных олигархов. Они имели своих сторонников прежде всего в среде проспартански настроенных крупных афинских землевладельцев, терпевших огромные убытки от боевых действий в Аттике и требовавших заключения немедленного мира. Однако власть олигархов вскоре была ликвидирована.
Последние годы войны отмечены несколькими морскими сражениями, которые велись с переменным успехом. С помощью финансовой поддержки Персии спартанцам удалось построить собственный флот, не уступавший по силе афинскому. Афинянам же с большим трудом и лишь с помощью военной силы удавалось в основном сохранить коалицию своих союзных полисов. И тем не менее в морской битве при Кизике, в Ионии, афинянам удалось одержать победу над спартанцами, а в 406 г. до н. э. им вновь сопутствовала победа при Аргинузских островах. После этого инициатива ведения боевых действий окончательно перешла к Спарте. В 405 г. до н. э. спартанский флотоводец Лисандр разгромил афинян в сражении при Эгоспотамах в Геллеспонте. Наконец в апреле 404 г. до н. э. осажденные с моря и с суши Афины были вынуждены капитулировать.
Спарта продиктовала очень тяжелые условия мирного договора, которым предусматривались роспуск Первого Афинского морского союза, выдача всего флота, за исключением нескольких вспомогательных сторожевых кораблей, ликвидация укреплений порта Пирей и срытие Длинных стен, соединявших его с Афинами. Афиняне должны были вступить в Пелопоннесский союз, предводителем которого оставалась Спарта, утрачивали свои иноземные владения и должны были принять к себе всех изгнанных ранее олигархов. В результате этого в Афинах было установлено олигархическое правление тридцати тиранов, имевшее репрессивный характер.