美索不达米亚平原位于幼发拉底河和底格里斯河之间，掩护着波斯的政治中心。波斯王大流士三世为保住波斯帝国基业，又从全国各地调来10万大军、200辆战车和15头战象，在底格里斯河畔的高加米拉村抢占要道，摆下了第二个大阵：成两线配置的8万步兵居中，骑兵掩护两翼，战象居前冲阵。另派一支分队向幼发拉底河方向警戒，掩护大阵。
亚历大山率军急进，先以优势兵力围歼了波斯警戒部队。然后赶到高加米拉，正对波斯大阵，摆下马其顿方阵。在方阵中，马其顿步兵成两线配置，第一线进攻，第二线作预备队；两翼骑兵，一翼较弱，另一翼却集中全部重装骑兵，构成进攻突击部队。
公元前331年春，两军在高加米拉恶战。波斯人驱使战象首先冲阵，满以为马其顿人无以抵挡。不料从马其顿方阵中突然冲出一群大公牛，牛角上皆绑有燃烧的木柴捆，烟火弥漫，冲向波斯大阵。波斯人的印度象惧怕被烟火笼罩的牛群，受惊吓掉头逃窜，把波斯大阵撞得人仰马翻。马其顿重装骑兵乘势猛冲，席卷波斯军左翼阵地。接着，马其顿重装步兵也适时出击，潮水般向前推进，标枪、带火的箭纷纷落向波斯大阵。波斯人经不起马其顿重装步兵的攻击，全线溃退。亚历山大亲率轻骑兵追歼逃敌，到50公里外才收兵。大流士三世虽然逃脱了马其顿人的追杀，但却被自己的部下乘乱杀死。亚历山大统军一举夺取了波斯名城巴比伦、修泽和波斯波利斯，推翻了波斯帝国，建立起了空前强大的亚历山大大帝国。版图西起爱琴海，东达波斯湾，南抵尼罗河，北到中亚沙漠，包括西亚和中亚广大地区，纵横数千公里。