亚历山大乘胜率远征军沿小亚细亚西海岸南下，先后占领吕底亚、卡里亚、吕基亚等地，随后北上安哥拉(今安卡拉)，东进卡帕多细亚，再南下奇里乞亚。前333年10月，远征军在西利西亚东部的伊苏斯之战中击败大流士三世所率12～13万大军，打开了通往叙利亚、腓尼基的门户。大流士逃过幼发拉底河收拾残部，同时派出使者求和，遭拒绝。亚历山大率军继续南下腓尼基，拔除波斯海军据点，从而确保了远征军与希腊之间的交通线。前332年初，远征军抵达滨海要塞提尔(今黎巴嫩的苏尔)，遭坚决抵抗，经7个月陆海夹攻，始破该城。此役，8000多提尔人战死，3万多人被俘。此后，亚历山大又用两个月时间攻占加沙。至此，远征军彻底摧毁波斯海军基地，切断波斯人的陆海联系，夺取了地中海制海权。11月，亚历山大进军埃及，兵不血刃，占领上下埃及。
前331年春，亚历山大率步兵4万、骑兵7000从埃及出发，经巴勒斯坦、腓尼基插入两河流域北部，向波斯腹地巴比伦尼亚与伊朗高原进军。为保证给养，他把进军路线选在底格里斯河东岸人烟稠密地区，于9月渡过底格里斯河，10月在高加米拉之战中大获全胜。大流士三世逃往米底。远征军乘胜南下，轻取巴比伦，占波斯都城苏萨，随后进入伊朗高原，洗劫波斯古都波斯波利斯。经短期停留后继续北上，向米底首府埃克巴坦那进发，追击波斯国王。在米底首府，亚历山大遣回希腊盟国士兵。前330年夏，亚历山大沿里海南岸东进，进入帕提亚(安息)时，大流士三世已被其属下巴克特里亚(大夏)总督拜苏斯所杀。古波斯帝国及阿契美尼德王朝至此灭亡，亚历山大成为波斯统治者。建立马其顿-亚历山大帝国。波斯帝国由此进入马其顿阿吉德王朝统治时期。
波斯帝国灭亡后，亚历山大继续领兵东进，于前329年春穿越兴都库什山，侵入巴克特里亚，追击拜苏斯至粟特，并将其处死。在粟特遇到当地居民激烈反抗，其中尤以地方贵族斯皮泰门领导的起义威胁最大。起义军曾一度收复首都马拉坎达(今乌兹别克斯坦撒马尔罕)，给远征军以沉重打击。亚历山大在中亚细亚征战两年余，方将起义军镇压下去。前327年夏，他为富庶的印度河流域所吸引，离开巴克特里亚，率兵约3万人沿考芬河(今喀布尔河)经开伯尔山口侵入印度河上游地区。前326年4月，马其顿—希腊远征军由南亚次大陆西北部的布克法拉城抵达希达斯佩斯河(今杰赫勒姆河)，与波鲁斯王国军队隔岸对峙。亚历山大率军渡河作战，消灭波鲁斯步兵近2万、骑兵3000，迫使波鲁斯国王投降。远征军继续东进，抵达希发西斯河畔。此时，军中疫病流行，官兵厌战情绪增长，亚历山大被迫于前326年10月决定停止东征并撤军。他分兵水陆两路沿印度河顺流而下，在印度河口附近再兵分三路：海路经阿拉伯海入波斯湾至幼发拉底河口(希腊人从未走过的新航线);陆路一支经印度洋沿岸西行，由亚历山大亲率;另一支北上阿拉霍西亚，然后向西与亚历山大会合。前324年春，亚历山大返抵巴比伦，东征结束。
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