亞歷山大乘勝率遠征軍沿小亞細亞西海岸南下，先後佔領呂底亞、卡里亞、呂基亞等地，隨後北上安哥拉(今安卡拉)，東進卡帕多細亞，再南下奇裏乞亞。前333年10月，遠征軍在西利西亞東部的伊蘇斯之戰中擊敗大流士三世所率12～13萬大軍，打開了通往敘利亞、腓尼基的門戶。大流士逃過幼發拉底河收拾殘部，同時派出使者求和，遭拒絕。亞歷山大率軍繼續南下腓尼基，拔除波斯海軍據點，從而確保了遠征軍與希臘之間的交通線。前332年初，遠征軍抵達濱海要塞提爾(今黎巴嫩的蘇爾)，遭堅決抵抗，經7個月陸海夾攻，始破該城。此役，8000多提爾人戰死，3萬多人被俘。此後，亞歷山大又用兩個月時間攻佔加沙。至此，遠征軍徹底摧毀波斯海軍基地，切斷波斯人的陸海聯繫，奪取了地中海制海權。11月，亞歷山大進軍埃及，兵不血刃，佔領上下埃及。
前331年春，亞歷山大率步兵4萬、騎兵7000從埃及出發，經巴勒斯坦、腓尼基插入兩河流域北部，向波斯腹地巴比倫尼亞與伊朗高原進軍。爲保證給養，他把進軍路線選在底格里斯河東岸人煙稠密地區，於9月渡過底格里斯河，10月在高加米拉之戰中大獲全勝。大流士三世逃往米底。遠征軍乘勝南下，輕取巴比倫，佔波斯都城蘇薩，隨後進入伊朗高原，洗劫波斯古都波斯波利斯。經短期停留後繼續北上，向米底首府埃克巴坦那進發，追擊波斯國王。在米底首府，亞歷山大遣回希臘盟國士兵。前330年夏，亞歷山大沿裏海南岸東進，進入帕提亞(安息)時，大流士三世已被其屬下巴克特里亞(大夏)總督拜蘇斯所殺。古波斯帝國及阿契美尼德王朝至此滅亡，亞歷山大成爲波斯統治者。建立馬其頓-亞歷山大帝國。波斯帝國由此進入馬其頓阿吉德王朝統治時期。
波斯帝國滅亡後，亞歷山大繼續領兵東進，於前329年春穿越興都庫什山，侵入巴克特里亞，追擊拜蘇斯至粟特，並將其處死。在粟特遇到當地居民激烈反抗，其中尤以地方貴族斯皮泰門領導的起義威脅最大。起義軍曾一度收復首都馬拉坎達(今烏茲別克斯坦撒馬爾罕)，給遠征軍以沉重打擊。亞歷山大在中亞細亞征戰兩年餘，方將起義軍鎮壓下去。前327年夏，他爲富庶的印度河流域所吸引，離開巴克特里亞，率兵約3萬人沿考芬河(今喀布爾河)經開伯爾山口侵入印度河上游地區。前326年4月，馬其頓—希臘遠征軍由南亞次大陸西北部的布克法拉城抵達希達斯佩斯河(今傑赫勒姆河)，與波魯斯王國軍隊隔岸對峙。亞歷山大率軍渡河作戰，消滅波魯斯步兵近2萬、騎兵3000，迫使波魯斯國王投降。遠征軍繼續東進，抵達希發西斯河畔。此時，軍中疫病流行，官兵厭戰情緒增長，亞歷山大被迫於前326年10月決定停止東征並撤軍。他分兵水陸兩路沿印度河順流而下，在印度河口附近再兵分三路：海路經阿拉伯海入波斯灣至幼發拉底河口(希臘人從未走過的新航線);陸路一支經印度洋沿岸西行，由亞歷山大親率;另一支北上阿拉霍西亞，然後向西與亞歷山大會合。前324年春，亞歷山大返抵巴比倫，東征結束。
