亚历山大得知大流士的情况后，立即率军离开波斯波利斯，快速北上，直奔米底亚的埃克巴塔纳城。但在亚历山大的大军离埃克巴塔纳只有三天路程的距离时，大流士已在5天前逃离该地了。
亚历山大没有立即去追击大流士，而是在埃克巴塔纳停下来。这好像不是他的一贯作风，是什么原因使他这样做，至今仍不完全清楚。有可能是他和他的将领们在是否继续追击大流士的问题上发生了矛盾。他的部下可能认为，波斯帝国的首都都已被占领了，波斯的王宫也被烧了，波斯帝国已经灭亡了，战争结束了，没必要去追击大流士了。他们还认为埃克巴塔纳是东方最远的地方，不要再往前去了。征战多年，离家又如此远，将士们早就有厌战情绪了。但亚历山大不这么想，他的目标远没达到，他的征战之路还长得很。这是一个无法解决的矛盾，而且随着时间的推移，矛盾会愈来愈大。
亚历山大在这里对军队作了一些调整。他解散了他的希腊盟军。他给每个人都发了全饷并犒赏一份礼物，派人护送他们返回家园。如果他们愿意留下来，也可以个人名义重新入伍。不少希腊士兵选择了留下来。
解散希腊盟军是亚历山大一生中的一个转折点，他的盟军统帅的头衔也就随着盟军的解散而去掉了。这也意味着为希腊复仇的战争结束了，科林斯同盟作为他的统治工具，仍然保留，因为他在和希腊诸城邦打交道时仍用得着，但亚历山大在战争中和希腊人的特殊关系已经不复存在了。自此以后，亚历山大率领的就不是什么同盟军而只是帝国大军了。
亚历山大还命令帕米尼欧把在苏萨、波斯波利斯等地掠获的金银财宝带到埃克巴塔纳卫城，交给哈帕鲁斯，由哈帕鲁斯负责保管这批价值18万塔伦特（约3.24亿美元）的财宝。同时给他留下6000名马其顿士兵负责警卫。
在作了这些安排后，亚历山大不顾一些将士的不满，又开始追击大流士。他命令帕米尼欧率领雇佣军、色雷斯部队和地方骑兵以外的其他骑兵，通过一条虽较艰险却较近的捷径追击；他自己则率领皇家卫队、骑兵侦察兵、马其顿方阵兵、弓箭手和艾吉里亚部队继续他的追击大流士的大进军。
亚历山大率部飞速前进，由于行军速度太快，许多马匹倒下了，许多士兵也因疲劳过度而掉队了。但亚历山大并没有因此而放慢速度，继续飞速前进，只用了11天的时间就赶到了拉迦（今德黑兰附近），第二天又急行50英里，到达帕提亚沙漠边缘的里海关口。但他还是慢了一步，大流士已经过了这个关口，逃到东边的荒漠中去了，不过，许多跟随他的人都离开他回家去了，还有他的一大批随从投降了亚历山大。
亚历山大面对帕提亚沙漠没有贸然前进，他让部队在这里休息了5天，并任命了一个波斯人为米提亚总督。然后他率军向帕提亚前进。帕提亚是波斯帝国的一个行省，相当于今天伊朗的呼罗珊地区。这里土地贫瘠，人烟稀少，大流士又实行坚壁清野政策，这给亚历山大的后勤工作造成很大困难。第二天，走到有人烟地区的边缘时，因为再往前走，就进入荒漠地区，为了储备今后的给养，亚历山大专门派了一队骑兵和少数步兵去收集粮秣。
这时，从大流士处逃来了巴比伦皇族巴基斯坦尼斯和原叙利亚总督马扎亚斯的儿子按提贝拉斯，他们向亚历山大报告说，巴克特里亚总督比修斯、骑兵司令那巴赞斯和阿拉科提亚、索格吉亚那的总督巴散提斯等人合伙劫持了大流士，剥夺了他的王权。听到这一消息，亚历山大立即挑选出一支精兵队伍，只带上两天的给养，以前所未有的速度追击，而让其余的部队以平常的速度随后跟进。亚历山大通宵达旦地急速行军，一直到第二中午，他才让部队稍事休息，又日夜兼程地往前追赶，天亮时，到达那个来投降的巴基斯坦尼斯逃离的营地，但敌人已经走了。在这里得知，大流士确实是被比修斯等劫持了，并被囚禁在一辆篷车里带走了。比修斯已取而代之掌握了一切大权，巴克特里亚骑兵和跟随大流士逃跑的波斯部队都支持他，因为现在在他的辖区，而他又和大流士有亲属关系。忠于大流士的少数波斯军队和希腊雇佣军虽不赞成废黜大流士，却也无可奈何，只能逃入深山。比修斯等人之所以废黜和劫持大流士，是因为他们认为，大流士已失人心，但他们可用大流士做和亚历山大谈判的筹码，用大流士换取有利的条件。
亚历山大决定继续全力追赶。当地人给他指了一条近路，但这条路上既无人烟，又无水。亚历山大为了更快地前进，命令500骑兵把马让给他挑选的装备精良的步兵。他亲自率领这500步兵上马，抄近路快速追赶。由于沿途无水，一路奔驰下来，所有的人都干渴难忍，一些士兵发现了一点水，他们便用铜盔盛着水送给亚历山大，而亚历山大又把水还给他们。众将士都被亚历山大这一举动感动了，高声欢呼赞美。他们立即上马继续赶路，当夜前进了50英里。离开拉迦后，5天行军200英里。
破晓时，亚历山大和紧随他的60名部下终于赶上了敌人，被追得狼狈不堪的波斯人一见亚历山大追来，大部分只顾逃命，作鸟兽散了，只有少数人掉头进行抵抗，但被亚历山大一阵冲杀，也跑了。比修斯带着关在大篷车里的大流士逃了一段路，见亚历山大很快就要追上来了，那巴赞斯和巴散提斯立即把大流士刺伤，弃之不顾。他们自己却带着600名骑兵逃掉了。亚历山大追上时，除见丢弃一地的金银财宝外，士兵们还在一辆马车上发现了奄奄一息的大流士，他被用金色的链子捆着，身上被梭镖刺得伤痕累累，一个士兵给他喝了一点水，他说，他感谢亚历山大善待他的家小，说完，这位波斯国王，这位万王之王就死了。
一直在追逃跑者的亚历山大返回时，见到的只是大流士的尸体。我们不知亚历山大当时是种什么心情，他可能为没有生擒他的这个对手而遗憾，他也可能为这样一个大帝国的国王就这样可怜地死去而感到惋惜，他脱下自己的战袍盖在大流士的尸体上，下令将他的遗体送到波斯波利斯他母亲处，以君王之礼把他和波斯的历代国王葬在一起。
大流士死时（公元前330年夏）50岁，在位18年，虽没有什么了不起的政绩，也没有突出的劣迹。在波斯人的眼中，他并不是一无是处的昏君，甚至有人认为：“大流士身居王位，当之无愧，因为他比所有其他的波斯人都勇敢。”他曾在一次一对一的格斗中，打败过一个卡迪西亚首领。他的不幸在于他的对手是亚历山大，是亚历山大这样一位历史上少见的军事天才。和亚历山大相比，他的确显得愚蠢、胆怯和虚弱。他一败再败，最后落得个众叛亲离，成为亡国之君，惨死在自己的亲信手下。这对于他个人来说，确实是个悲剧，但就历史而言，波斯王朝的覆灭也许并不是坏事。
大流士死于他自己人之手，这对于亚历山大来说，可能是最好的结果。如果他生擒了大流士，杀了他，可能会引起波斯人的仇恨，不杀他也会有很多麻烦。现在好了，亚历山大还可以借为大流士复仇，去追杀比修斯等人，去征服还没有征服的地方，他后来正是这样做的。
大流士之死使亚历山大可以向世界宣告，那个曾经在亚洲、非洲和欧洲称王称霸200多年的大帝国不再存在了，灭亡了。他亚历山大现在不仅是希腊世界的主人，也是亚洲的主人、世界的主人了。亚历山大的胜利是希腊人对亚洲人的胜利，在某种意义上说，也是希腊文明对波斯文明的胜利，但同时又是东西方文化的新融合的开始，是一个新时代的开始。
