Bitka
Herodot izveštava da se uoči bitke među Grcima se pronela vest da su Persijanci izgubili u bici kod Plateje. Diodor od Sicilije tvrdi to isto. Ta vest je ohrabrila Grke pred bitku. Te dve bitke su se odigrale istoga dana, bitka kod Plateje se odigrala ujutro, a kod Mikale popodne. Grčka vojska je imala dva krila. Na desnom su bili Atinjani, Korinćani, Sikionjani i Trezenjani, a na levom krilu su bili Spartanci i drugi.
Desno krilo kretalo se uz samu morsku obalu i po ravnom terenu, a levo krilo išlo je po brdovitom zemljištu i kroz jednu guduru. Spartanci su napredovali na levom krilu i nastojali su da natkrile persijsko krilo, pa su se zbog toga kretali po brdovitom terenu. Desno grčko krilo je bilo već započelo bitku, a levo je još uvek bilo u pokretu. Persijanci su se u početku dobro borili, a onda su Atinjani žešće pritisnuli i probili su persijski bojni red. Persijanci su se još neko vreme borili, a onda su pobegli u svoje utvrđenje. Grčko desno krilo ih je sledilo, pa su prodrli u persijsko utvrđenje.
Nakon zauzimanja utvrđenja pobegla je većina persijske vojske sem onih pravih Persijanaca, koji su nastavili da se bore. Konačno stiglo je i levo krilo, tj. Spartanci, pa su dotukli preostalu persijsku vojsku. Vojnici sa Samosa, koji su se nalazili u persijskoj vojsci, a pre bitke bili razoružani na sve načine su pomagali Grcima. Nakon toga i ostali jonski Grci su se okrenuli protiv Persijanaca. Persijska vojska je pobegla u brda. Tu su ih čekali Milećani kao odstupnica, međutim izdali su ih i odveli pogrešnim putevima, tako da je malo Persijanaca stiglo u Sard. U bici je stradalo mnogo Persijanaca. Diodor sa Sicilije navodi da je stradalo 40.000 Persijanaca. Poginula su oba komandanta persijske kopnene vojske Mardont i Tigran.
Posledice
Grci su opljačkali persijski logor, a zatim su zapalili persijske brodove i logor. Nakon toga otišli su na Samos. Leotihida je predlagao da se jonski Grci presele u Grčku, a Joniju prepuste Persiji. Smatrao je da je Joniju teško odbraniti u budućim sukobima. Međutim Atinjani, tj. Ksantip nisu se slagali sa tim predlogom, a posebno da se Sparta meša u rešavanje problema atinskih kolonija.
Nakon toga Samos, Hios , Lezbos i ostali primljeni su u Helenski savez. Pobedom Grka u dve bitke, u bici kod Mikale i u bici kod Plateje okončala se Druga persijska invazija na Grčku. Nakon pobede kod Mikale Grci su otišli na Helespont da bi srušili persijske pontonske mostove. Kada su stigli pontonski mostovi su beć bili srušeni. Peloponežani su otišli kući, a Atinjani su pod Ksantipovim vođstvom opsedali Sest, koji su zauzeli nakon duge opsade. Bitka Kod Mikale potvrdila je superiornost hoplita u odnosu na lako opremljenu persijsku pešadiju.
