亞西比德叛逃后，尼西阿斯仍率艦隊繼續西進，一到西西里就與敘拉古人展開了激戰。由于長途跋涉和尼西阿斯的優柔寡斷，雅典遠征軍幾次勝機都沒把握住，戰爭很快陷入持續狀態。為打破僵局，公元前４１４年春，尼西阿斯和拉馬卡斯指揮遠征軍發動強大攻勢，先拿下敘拉古城外的制高點埃庇坡萊。然后修筑從陸地包圍敘拉古的城墻。在筑墻和反筑墻的激戰中，將軍拉馬卡斯戰死，尼西阿斯成為唯一的統帥。他隨后又指揮海軍進入敘拉古港，基本完成對敵人的水陸合圍，只剩下正北部距海邊長約一公里多的一個缺口正在施工。當敘拉古人見城市幾乎被完全圍住而驚惶失措時，斯巴達軍隊在基列布斯率領下抵達西西里，沖過缺口進入敘拉古，與士氣大振的敘拉古守軍會合，并很快組織部隊，進行反攻。通過激戰，他們不但粉碎了雅典人徹底包圍敘拉古的計劃，而且重新奪回了制高點埃庇坡萊，并攻克了要塞普利密昂。與此同時，科林斯的艦隊也突破雅典海上封鎖進入敘拉古港，與敘拉古海軍合兵一處，向雅典艦隊發起了猛烈的反擊。尼西阿斯見形勢逆轉，立即收縮兵力，采取守勢，并修書一封送往雅典，請求增派援兵。

　　雅典公民大會見信后，立即命名將德謨斯提尼、攸利密頓率７３艘戰艦和５０００名重裝步兵以及更多的輕裝步兵前往西西里增援，決心把戰爭進行到底。德謨斯提尼率增援部隊到達西西里后，依仗優勢兵力，登陸不久，便主動向敵軍重新控制的埃庇坡萊高地發起夜間襲擊。敘拉古和、斯巴達的聯軍頑強抵抗、殺死雅典軍隊２０００人，挫敗了雅典人的企圖。德謨斯提尼這才發覺情勢比想象的更壞，尤其是士氣低落，官兵都盼著回家。加上軍營設在沼澤地帶，士兵患病人數日增，再拖下去別說勝利，恐怕連國都回不去了。因此，他向尼西阿斯提議立即退兵。但尼西阿斯害怕承擔失敗的責任，堅持繼續作戰。就在這時，斯巴達派出的援兵趕到了西西里，敘拉古也募集了大批援兵，雅典人人數上的優勢也喪失了。尼西阿斯聞訊大驚，終于決心盡快撤離。全軍將士登上戰艦，準備重返家園。也許是冥冥之中的天意，恰在這時，發生了月食。一向謹慎的尼西阿斯立即下令停止行動，召來占卜師占卜，得出卜辭為再等３個９天，即２７日后才可移動軍隊。于是撤軍又延誤下來，在最需要決斷的時刻，尼西阿斯當斷不斷，把遠征軍推上了絕路。敘拉古人和斯巴達人并未因月食而停止戰斗，他們向雅典人展開了猛烈的進攻。９月３日，海灣內發生激戰，７６艘敘拉古戰艦擊敗８６艘雅典戰艦，雅典驍將攸利密頓戰死。殘艦被迫退回自己的泊地。敘拉古人乘機堵住海灣出口，將雅典海軍完全封鎖。事情至此，尼西阿斯再也顧不得天意，連夜下令所有軍隊，除留守人員外，全部上艦與敵人決戰。次日，西西里港灣展開了一場前所未見的激戰。雙方艦只攪在一起，人們歇斯底里地嘶喊，戰艦砰砰相撞。每一艦靠攏和沖撞后，雙方士兵就把標槍、石頭、羽箭沒命地砍釘。

　　戰斗持續了很長時間，雅典人終于未能在最后一分鐘頂住，先垮了下來。尼西阿斯無奈，只得率殘部撤離戰艦，向內陸退卻。海戰是雅典人的特長，陸戰則是斯巴達人的拿手好戲。在敘、斯聯軍的圍追堵截下，雅典人一批批倒下。第６天早晨，聯軍包圍了德謨斯提尼的６０００名后衛，迫其投降，然后又追上尼西阿斯，雙方主力發生激戰，疲憊不堪的雅典人哪里是對手，結果尼西阿斯被俘，雅典軍全軍覆滅。

　　戰后，敘拉古人和斯巴達人違背諾言，處死了尼西阿斯和德謨斯提尼。被俘的雅典士兵除極少數外，其余都被賣作奴隸。西西里之戰，雅典喪失了近５萬人，國力大損。從此以后，雅典海上同盟開始瓦解，稱霸希臘的夢想灰飛煙滅。