Η ήττα των εισβολέων ήταν σοβαρή, αλλά όχι ολοκληρωτική. Το περσικό εκστρατευτικό σώμα διατηρούσε το σύνολο σχεδόν του στόλου του άθικτο και ολόκληρο το ιππικό του, το οποίο δεν είχε εμπλακεί στη μάχη. Επιπλέον, μεγάλο τμήμα του πεζικού παρέμενε αξιόμαχο αν και με σημαντική πτώση του ηθικού εξαιτίας της δεινής ήττας. Σύμφωνα με τον Ηρόδοτο, τα περσικά πλοία απέπλευσαν από τον Μαραθώνα και αφού παρέλαβαν τους αιχμάλωτους Ερετριείς από την νησίδα Αιγιλία, κατευθύνθηκαν προς το Σούνιο.
Ο Αρταφέρνης σχεδίαζε να φτάσει στο Φάληρο, να κάνει απόβαση και να κινηθεί εναντίον της Αθήνας πριν να επιστρέψουν οι Αθηναίοι από τον Μαραθώνα. Ο Έλληνας ιστορικός πιθανολογεί μάλιστα ότι κάποιοι φιλοπέρσες Αθηναίοι ειδοποίησαν τον περσικό στόλο με ηλιακό σήμα, πως η Αθήνα φρουρούνταν ανεπαρκώς. Ο Φειδιππίδης μετέφερε το μήνυμα της νίκης, αλλά δεν ήταν ο μόνος που γύρισε τρέχοντας από τον Μαραθώνα.
Οι Πέρσες όμως