Далее сражение на равнине Тимбрака развивалось следующим образом. Лидийцы атаковали необычное боевое построение противника и окружили его. Но уже в самом начале сражения стали нести большие потери от вражеских стрел и дротиков. Затем Кир послал в контратаку на лидийцев свою конницу, которая массированным ударом разбила вражеское войско на несколько частей. Лишенные единого управления, мидийцы были уничтожены персами по отдельности.
Поражение лидийской армии было полным. Царь Крез с небольшими ее остатками бежал в свою столицу Сарды (вблизи современного турецкого города Измира). Персы штурмом овладели Сардами после 15-дневной осады города-крепости.
Кир пощадил побежденного царя Креза и жителей Сард, оказавших ему отчаянное сопротивление. Милостивое же отношение персидского владыки к лидийцам положило конец их враждебности к Персии и даже обеспечило в дальнейшем поддержку лидийцами персидской армии. Здесь Кир II Великий проявил себя как искусный дипломат, тем самым обеспечив лояльность завоеванной им страны.
Вслед за Лидией персы подчинили себе один за другим многочисленные греческие города-государства в Малой Азии, расположенные на побережье Эгейского моря: Фокею, Милет, Галикарнасс и другие. Многие из них по собственной воле признавали власть персидского царя. Это было особенно важно для будущей войны Персидской державы против собственно Греции на противоположном берегу моря.
В 545–539 годах до н. э. персы завоевывают обширные среднеазиатские земли – Согдиану и Бактрию. Победы царской армии добывались во многом благодаря сильным ударам массы конных воинов во фланг и тыл противнику, что позволяло окружать его войска.
После этого основатель династии Ахеменидов обратил свой взор на богатое Вавилонское царство (Халдею), но при этом он не торопился выступить против него. Кир стал настойчиво и последовательно проводить изоляцию Вавилонии от внешнего мира. Это быстро дало желаемые результаты – еще совсем недавно оживленная торговля вавилонцев пришла в полный упадок, и их государственная казна стала быстро пустеть. Среди населения, особенно торговых слоев, началось брожение.
В 539 году персидский царь, собрав значительные военные силы, выступил в завоевательный поход против Вавилонии. В том же году в сражении под стенами столицы он разбил войска царя Набонида. Осада многолюдного крепостного города с его циклопическими стенами продолжалась около двух лет. В конце концов по приказу Кира от города были отведены воды Евфрата. По обмелевшему руслу реки персидские войска устремились на штурм той части крепостной стены, где их не ждали. Военная хитрость персидского царя застала защитников Вавилона врасплох. Царь Набонид был пленен и отправлен в почетную ссылку, а его сын-наследник Валтасар погиб в бою.