Durante el combate, Jerjes se sintió agitado por la alegría, el temor y la desesperación. Cuando vio la derrota de su armada, cayó en un profundo abatimiento, del cual solamente volvió en sí para ordenar los preparativos de un nuevo ataque, y juntar por una calzada la isla de Salamina al continente. De ambas partes estaban preparados para nueva batalla cuando, habiendo reunido aquel príncipe sus generales, la reina Artemisia le persuadió a que dejase a Mardonio el cargo de acabar su empresa, y que él se retirase a sus estados. Abrazó este consejo y dio al momento las órdenes para que su escuadra pasase al punto al Helesponto, y que cuidase de conservar el puente de barcas; pero el ejército de los aliados, siguiendo el dictamen de Euribíades, en lugar de perseguirle fue a invernar en el puerto de Pagasas.
Algunos días después tomó el rey el camino de la Tesalia, donde Mardonio hizo tomar cuarteles de invierno a trescientos mil hombres, que había pedido y escogido de todo el ejército. Continuando Jerjes su ruta desde allí, llegó a las márgenes del Helesponto con un corto número de tropas, y encontrando el puente destruido por una tempestad, se metió como fugitivo en un esquife, seis meses después de haber pasado por allí como conquistador, y se trasladó a la Frigia para edificar y fortificar palacios.
Lo primero que hicieron los vencedores cuando ganaron la batalla, fue enviar a Delfos las primicias de los despojos enemigos que se habían repartido, y en seguida los generales se reunieron en el istmo de Corinto para conceder coronas a aquellos que más habían contribuido a la victoria. Temístocles fue conducido a Lacedemonia, y allí recibió con Euribíades una corona de olivo. Al ausentarse le colmaron de honores, regaláronle una magnífica carroza, y trescientos jóvenes a caballo, de las familias más distinguidas de Esparta, tuvieron orden de acompañarle hasta las fronteras de Laconia.
En tanto, Mardonio trataba de apartar de la liga a los atenienses, y con este designio hizo que marchase para Atenas Alejandro, rey de Macedonia, que estaba unido con aquellos por lazos de hospitalidad. Pero los esfuerzos de este embajador fueron inútiles, y Arístides hizo que la asamblea del pueblo expidiese un decreto mandando a los sacerdotes que sacrificasen a los dioses infernales todos aquellos que tuviesen inteligencias con los persas y se apartasen de la confederación con los griegos.
Sabedor Mardonio de la resolución de los atenienses, hizo marchar luego sus tropas al Ática, cuyos habitantes se habían refugiado por segunda vez en la isla de Salamina; volvió a entrar en la Beocia, cuyos pueblos, a excepción de los plateos y tespienses, se habían declarado por los persas, y estableció su campo en la llanura de Tebas, a lo largo del río Asopo, cuya orilla izquierda ocupaba hasta las fronteras del país de los plateos.
Los griegos, en número de cerca de ciento diez mil hombres, en los cuales se contaban diez mil espartanos y cinco mil atenienses, se situaron enfrente, al pie y sobre el declive del monte Citerón. Arístides mandaba los atenienses y Pausanias, rey de Esparta, todo el ejército. La dificultad de procurarse agua en presencia de la caballería de los persas, obligoles muy pronto a desfilar a lo largo del monte Citerón y entrar en el país de los plateos. No fue más pronto saber Mardonio que los griegos habían mudado de posición, retirándose al territorio de Platea, que hacer subir su ejército a lo largo del Asopo y situarle otra vez a su presencia.
Ambos ejércitos permanecieron enfrente uno de otro por espacio de once días. Al undécimo los griegos, faltos ya de provisiones y de agua, levantaron su campo durante la noche con objeto de trasladarse más lejos, estableciéndole en una isla formada por dos brazos del Asopo. Desde allí debían mandar al paso del monte Citerón la mitad de sus fuerzas para arrojar de él a los persas, que interceptaban los convoyes. Al romper el día tomaron los atenienses el camino del llano, y los lacedemonios, seguidos de tres mil tegeatas, desfilaron al pie del monte; pero habiendo estos llegado al templo de Deméter, distante diez estadios de su primera posición y de la ciudad de Platea, se detienen para esperar a uno de sus cuerpos, que había rehusado mucho abandonar su puesto, y allí los alcanza la caballería persa. Al mismo tiempo Mardonio, a la cabeza de sus mejores tropas, pasa el río, avanza con paso acelerado a ocupar el llano, y su ala derecha ataca inmediatamente a los atenienses para impedir que den socorro a los lacedemonios.
Forma Pausanias sus tropas en un terreno pendiente y desigual cerca de un arroyo y del recinto consagrado a Deméter, y se pone a consultar las entrañas de las víctimas. Como durante este intervalo quedaban sus tropas expuestas al alcance de las flechas enemigas sin atreverse a la defensa, los tegeatas, no pudiendo resistir el ardor que les animaba, se pusieron en movimiento y fueron inmediatamente sostenidos por los espartanos. Al acercarse, estrechan los persas sus filas, cúbrense con sus broqueles y forman una masa cuya espesura y el impulso de ella detienen y rechazan el furor del enemigo. Mardonio, al frente de mil soldados escogidos, hizo balancear por largo tiempo la victoria, pero cayó al fin herido mortalmente, y desde aquel momento, introduciéndose el desorden entre los persas, son arrollados y emprenden la fuga. Su caballería contuvo durante algún tiempo a los griegos victoriosos, pero no pudo impedir que llegasen al pie del atrincheramiento que Mardonio había levantado cerca del Asopo. Los atenienses, que habían tenido igual éxito en el ala izquierda, a pesar de la vigorosa resistencia de los beocios, lejos de perseguir a estos fueron a reunirse inmediatamente a los lacedemonios que atacaban el campo persa. Apodéranse de los atrincheramientos, precipítanse allí todos, y los vencidos se dejan degollar como víctimas, quedando la tierra cubierta de los ricos despojos de los persas, en cuyas tiendas resplandecía el oro y la plata. Artabazo huyó anticipadamente tomando el camino de la Fócida, y se fue al Asia donde miraron como un mérito el que salvase una parte del ejército.
Diose la batalla de Platea el 21 de septiembre del año 479 antes de J. C. Los vencedores concedieron el honor de la victoria a los plateos, poniendo así en armonía a los atenienses y lacedemonios, que se lo disputaban con acaloramiento, y después de repartido el botín, cuya décima parte quedó reservada para el templo de Delfos, concedieron toda clase de honores a los que habían perecido con las armas en la mano. Cada nación hizo levantar un monumento a sus guerreros, y Arístides hizo expedir un decreto previniendo, entre otras cosas, que los plateos fuesen considerados como una nación inviolable y consagrada a la divinidad.
En el mismo día de la batalla de Platea, la escuadra griega mandada por Leotíquidas, rey de Lacedemonia, y por Jantipo el ateniense, alcanzó una victoria señalada sobre los persas cerca del promontorio de Mícala en Jonia.