亚历山大再次从埃及出发的时候，已经是公元前331年的晚春。他听说巴利斯得纳南部的萨马利亚地方又发生了叛乱，把当地的马其顿总督用火烧死了。在后方不稳的情况下，一直向前进军是十分危险的事情，因此他在镇压叛乱之后才继续北上。
在这个时候经过正在复建中的太尔城，并且在这儿停留了两个月之久，对于一向行动积极的亚历山大而言，似乎是停留得太久了，尤其到了埃及之后又停留了半年以上，这究竟是为了什么呢？现在看来似乎仍难理解。
在伊索斯的战役中，亚历山大对他的胜利并不满意。他要的是完全的胜利，而不能白白地放过波斯王。因此他在这次的战役中下了一个很大的赌注，他一定要获得压倒性的胜利。
在波斯方面，大流士三世也下令全国总动员，做最后殊死战，他需要有较长的时间来从事部署。亚历山大也利用这段时间尽量做最周全的准备，并且要留守马其顿的安提帕特罗斯派出增援部队。亚历山大迅速地将军队编制完成，加以操练。
正当亚历山大积极着手准备战役的时候，他的身后却出现了黑云。在伊索斯战役之前占优势的波斯舰队，联结希腊本土的城邦，密谋着反抗马其顿的计划，其中以斯巴达为首，响应最为热烈。斯巴达并没有参加哥林多同盟，但是在伊索斯战役后和波斯同盟的计划也因此受挫。这时的斯巴达国王奇斯三世希望能获得雅典的支持，在“恢复希腊自由”的宣言下，共同反抗马其顿的统治。
亚历山大停留在太尔城的时候，接获希腊群体反抗马其顿的消息，也正在这个时候，雅典使节来到了太尔城，他希望亚历山大能够释放雅典的人质。在这件事情上，以前曾经有人提出同样的请求，亚历山大从这件事判断雅典并没有参加斯巴达反马其顿的计划，因此他就同意释放人质和俘虏。两害相权取其轻，对亚历山大而言，释放俘虏便能增加雅典对他的感激。这只是举手之劳的顺水人情，何乐而不为呢？
这时，亚历山大的军队由于长期的等待，士兵们变得愈来愈浮躁不安，亚历山大采取以静制动的战略，暂时按兵不动，进一步做详细地观察和准备，这是最重要的一次战役，决不能掉以轻心。但是军队里兵士们的情绪却非常的不稳定，暴行和伤害的事件时有发生。
亚历山大在太尔城停留期间，第三次接见了波斯的使节。根据历史上的记载，这次是为了波斯王提出议和的要求，但是我们认为这是不可能的，因为在伊索斯战役后的一年半以来，东方的波斯属州都发出了总动员的命令，海军的军舰均已编制就绪，大流士三世在巴比伦集合了他所有的军队准备应战。从以上的种种迹象来判断，使节这次带来的并不是议和而是宣战的信函。这种假设应该是正确的。
这个时候两军隔河对峙，亚历山大将船只联结起来成为一座桥梁，下令大军渡河。巴比伦的郡守已经来到河的对岸，但是他的任务并不是来阻止亚历山大的军队渡河，而是引导他朝巴比伦的北边行去。
大流士三世这次选择了一个对他非常有利的地点，亚历山大从一个俘虏口中获知大流士三世扎营的地方已经离他不远了。亚历山大向东南走了四天就遇到了波斯的前哨部队。第一回合的交战，亚历山大的骑兵部队把对方击败了，从俘虏的口中，亚历山大又获悉大流士三世率领的军队就在附近不远的地方扎营，彼此相距只有十公里了。这个地点在美索不达米亚平原上，据考证是古城尼尼微附近的高加米拉。距离开战的日期还有四天的时间，双方都非常慎重地准备着，亚历山大仔细地勘察了地形，再度检讨作战方针以及部队的编制部署。彼此之间的空气极为紧张。
就在准备开战的前一天，亚历山大的军队忽然发生了军心动摇的情况，也许是对战争过度的紧张和恐惧，将士们甚至丧失了斗志，尤其是看到大流士三世的手下将士如云，晚上的营火漫山遍野，因此产生了怯战的心理，这种怯战的恐怖感所造成的结果是可想而知的。在大战前夕军心不稳，对亚历山大来说是一项很大的危机。他跪下来向神祈祷，请给他信心和力量，这是他第一次向神祈求，以后再没有如此做过。
巴门尼欧向亚历山大献计，他认为在开战之前给敌人一个意想不到的夜袭也许会带来较好的效果，可是亚历山大断然拒绝了。他说：“攻其不备，而盗取胜利，不是堂堂正正的做法，我不希望用诡计来赢取胜利。”
亚历山大说得义正词严，冠冕堂皇。他之所以会这么说是经过一番深思熟虑的。夜袭固然会使敌军惊惶失措，可是也会造成自己内部的混乱，并不一定会带来很好的效果。因此亚历山大决定不采取这项计策。
在开战的五天之前，两方的军队都承受着过重的心理压力和充满了紧张感。这五天之中，可以说是双方的心理战争。在开战的前一天晚上，波斯王大流士三世命令他的部队全部武装起来，随时保持迎战的姿态。
一鼓作气，再而衰，三而竭，由于士兵们长期的紧张和疲惫，一旦开始作战反而无法有良好的表现。身为全军最高指挥官的大流士三世过分地患得患失，在心理上已经无法平衡。在卡乌卡美拉之战中，两军的兵额现在已经无法准确地知道。大致来说，亚历山大的军队是四万七千名左右，而波斯的军队却在六倍以上。历史上的记载也无法描写出当时战役的细节。在骑兵交战中，征尘蔽日，能见度只有四五公尺的距离，指挥官根本不能把握全军的战斗情况，就连局部的胜败也搞不清楚，因此战役实际的状况双方都很难掌握。
波斯军队用带有镰刀的战车攻击对方，但没有达到预期的效果，很快就败下阵来。在间不容发的一瞬间，亚历山大看到波斯军队的左翼有一个间隙，他很快就把握了这个机会，冲入敌人的阵营中，精锐部队直接杀到大流士三世的战车旁边，亚历山大以一当十，用迅雷不及掩耳的速度攻其不备。
在大流士三世身边的士兵们这时已经溃散。也许是由于过分的恐惧，大流士三世的军队不战而败，溃不成军。而亚历山大的士兵们却奋勇直前，向波斯的军队紧追不舍。在慌乱中到处可以听到伤兵的呻吟、战马的嘶鸣和鞭斥坐骑的声音。
这时候，巴门尼欧指挥的左翼步兵部队却遭到了波斯骑兵部队的包围。不但如此，波斯骑兵部队还向亚历山大军队最后方的补给部队攻击。巴门尼欧并不知道亚历山大已经占了优势，他派传令兵向亚历山大求援，但在战乱中的亚历山大是不可能得到这个消息的，最后巴门尼欧独自应敌，终于支撑了下来。
亚历山大一心一意想追缉到大流士三世，他不分日夜地紧追不舍。第二天的早晨，他在一个小村落里，发现大流士三世遗留下来的东西，大流士三世本人已经向东方的山中逃逸而去。亚历山大检视他抛弃下来的物品和他平常使用的武器，以及一向所乘坐的战车，看得出他逃走时一定非常匆忙和狼狈。
