Первыми не выдержали персы. Сразу после наступления полнолуния, когда – о чем Датису, вероятно, было известно, – спартанцы вышли на север на подмогу афинянам, он погрузил часть своих войск на корабли, среди которых была основная часть кавалерии, которая должна была совершить рывок из Фалерона. Он определенно хотел отрезать афинян от их города, удерживая свою армию при Марафоне и одновременно используя флот, чтобы высадить часть солдат в тылу.
Видя персидские суда, двигающиеся на юг, афиняне поняли, что у них нет выбора – придется дать бой сразу. Но чтобы закрыть более длинную линию персов, грекам приходилось растянуть свои позиции – иными словами, ослабить их или по всей длине, или в одном конкретном месте. Геродот описывает все эти предварительные мероприятия, как будто они были делом случая – возможно, это правда. В то же время, учитывая известные высокие качества Мильтиада и его коллег, нельзя исключить хорошую работу греческих лазутчиков. Геродот пишет: «В то время как афиняне строились в боевой порядок, на Марафонском поле случилось вот что: боевая линия эллинов оказалась равной персидской, но при этом центр ее составлял только несколько рядов в глубину, здесь боевая линия была слабее всего, зато на обоих крыльях воины стояли более плотно. Окончив боевое построение, после того как выпали счастливые предзнаменования, афиняне быстрым шагом по данному сигналу устремились на варваров. Расстояние же между обоими противниками было не меньше восьми стадиев. При виде подходящих быстрым шагом врагов персы приготовились отразить атаку. Поведение афинян персам казалось безумным и даже роковым, так как врагов было немного, и притом они устремлялись на персов бегом, без прикрытия конницы и лучников. Так думали варвары. Афиняне бросились на врагов сомкнутыми рядами врукопашную и бились мужественно. Ведь они первыми из всех эллинов напали на врага бегом и не устрашились вида мидийского одеяния и воинов, одетых по-мидийски. До сих пор даже одно только имя мидян приводило в страх эллинов».
Ослабление греческой линии в центре, если это не было намеренной политикой, оказалось подарком судьбы. Если бы греки усилили центр, оставив фланги слабыми, они могли бы прорваться через центр персидских позиций. Но даже если бы им это удалось, они оказались бы в крайне незавидном положении, подставив фланги под удар легких персидских лучников и кавалерии, и были бы разбиты. Более того, персы поставили в центр свои лучшие войска, поскольку их стандартной тактикой был прорыв центром линии противника. На крыльях персидской линии стояли их подданные, включая союзников из бывшей греческой Малой Азии. Едва ли они стали бы сражаться не на жизнь, а на смерть со своими соотечественниками.