Împins de ambiția de a pătrunde în inima Imperiului Persan și de a se proclama rege în locul lui Darius, Alexandru traversează Eufratul și Tigrul fără a întâmpina rezistență.
Darius își adusese trupele (1.000.000 de oameni, se spune) aproape de orașul Gaugamela. Aceasta avea să fie ultima lui bătălie. Cu tactica sa obișnuită (în dreapta cavaleria, iar regele în frunte, în centrul puternicei falange macedonene), Alexandru rupe frontul armatei persane, iar Darius este nevoit să abandoneze în luptă, carul și armele. Lupta a avut loc pe data de 2 octombrie 331 î.Hr.
Acum perșii nu mai au o armată organizată, iar Darius nu mai este decât un fugar. Toate capitalele sunt cucerite, iar bogățiile luate, dar Alexandru îi cruță pe localnici și le respectă obiceiurile. Proclamându-se rege al Asiei, este primit ca atare la Babilon și Susa; va întâmpina o rezistență sporită în jurul Persepolisului, unde va incendia palatele ca represalii pentru crimele comise de Xerxes și va aduce un omagiu la mormântul lui Cyrus al II-lea cel Mare, la Pasargades.
Alexandru și familia lui Darius al III-lea.
Pe urmele lui Darius, Alexandru înaintează spre est, dar regele persan fuge mai departe, înconjurat de tot mai puțini credincioși. Alexandru îl urmărește cu un grup mic de soldați într-un marș forțat și extenuant, până când Darius moare ucis de unul dintre satrapii care îl însoțeau.
Din acest moment, Alexandru se consideră succesorul și moștenitorul lui Darius. Totuși, nu se va opri aici și va supune și Persia orientală (Afganistanul, Turkestanul și Belucistanul de astăzi), dar destul de greu, după un război de aproape 3 ani (330 i.Hr.-328 î.Hr.) într-un climat sau torid cu intermitență, pe un teren dificil. Rezistența perșilor nu încetează decât o dată cu supunerea Sogdianei și a Bactrianei, unde Alexandru se căsătorește, după ritualurile persane, cu prințesa Roxana, fiica nobilului Oxyartes. Pentru a realiza o uniune adevărată între învingători și învinși, Alexandru și-a îndemnat adjuncții să facă la fel și i-a încurajat pe soldați să-și găsească soții persane.