Quân Ba Tư sau khi đổ bộ lên bờ biển Athens. Datis và Artaphernes đã cho quân dừng lại vài ngày án binh bất động để nghỉ ngơi chỉnh đốn lực lượng và xem xét tình hình. Còn một lý do nữa là họ đang chờ một cuộc bạo loạn ở thủ đô Athens do một số quý tộc phản bội cầm đầu để thực hiện kế "nội công ngoại kích" một kế hoạch đã được các gián điệp, các nhà ngoại giao Ba Tư ngấm ngầm chuẩn bị lâu nay. Song chờ đã vài ngày mà vẫn không thấy động tĩnh. Tướng Ba Tư quyết định điều một bộ phận lực lượng quan trọng đi theo một hướng khác để bất ngờ tấn công thủ đô Athens.

Chiến thuật của quân Ba Tư trong tấn công, thường tiến nhanh xông vào đội hình đối phương, đến cự ly thích hợp, kỵ binh sẽ phóng ra một loạt mưa tên, rồi sau đấy sử dụng những khối ngựa, những khối bộ binh nối tiếp nhau phá vỡ đội hình chiến đấu của đối phương.

Quân Athens phát hiện thấy sự thay đổi đột ngột này của quân Ba Tư đã tạo cho họ một cơ hội thuận lợi, chỉ phải giao chiến với một số địch ít hơn (tuy rằng chỉ riêng với số này thôi, quân Ba Tư ở Marathon cũng vẫn đông hơn họ), nhưng đồng thời cũng thúc đẩy họ phải đánh sớm hơn để còn kịp thời về giữ thủ đô Athens.

Miltiades bày sẵn một thế trận phòng ngự vững chắc và tỏ ra muốn giao chiến ngay để nhử quân Ba Tư vào thế trận của mình. Ông tổ chức cho quân Athens dàn trận: 10 000 bộ binh nặng ở trên, 1000 bộ binh nhẹ ở dưới. Những người cùng địa phương được sắp xếp bên nhau. Cánh hữu quân do Callimachus chỉ huy. Với ý đồ dùng lực lượng đông mạnh để công kích địch từ hai bên sườn. Miltiades đã không làm như thường lệ mà lại giảm số người ở trung quân để tăng cường cho hai bên sườn các chiến binh đứng sát bên nhau chỉnh tề, giáp trụ bằng sắt, một tay cầm giáo dài, một tay mang mộc, bên sườn giắt thanh kiếm ngắn, cặp mắt hướng về trước sẵn sàng chiến đấu. Ông hy vọng sự thay đổi linh hoạt này về cách bố trí đội hình phalanx có tác dụng lớn trong lúc cuộc chiến ở vào thời điểm quyết định nhất.

(Đội hình phalanx: là đội hình của quân đội Hi Lạp cổ đại, bố trí thành khối dày đặc, gồm nhiều hàng quân. Các chiến binh đứng sát nhau, khoảng hai người trong 1 mét; trong tấn công, mỗi hàng cách nhau 1 mét; trong phòng ngự mỗi hàng cách nhau 0,5 mét. Trang bị của bộ binh có giáo, lao, kiếm, mộc v.v. Bộ binh nặng có giáp sắt. Khi tấn công hay phòng ngự, cả khối người đó đều tiến hay lùi đều nhau, giữ vững cự ly giãn cách quy định. Mặt mạnh của đội hình này là ở chính diện, và có sức chiến đấu cao khi đánh với đối phương kém tổ chức, lực lượng yếu. Mặt yếu của nó là sau lưng và bên sườn, khả năng cơ động kém và chỉ dùng được ở địa hình bằng phẳng quang đãng. Để khắc phục nhược điểm, người ta dùng bộ binh nhẹ và kỵ binh để che sườn cũng như để tấn công vào sườn hay truy kích đối phương)