实际上，斯巴达和雅典都没有和平的诚意，他们只不过是无法继续维持战争，只是想暂时停战，因此这纸和平协议说是停战协议更恰当。当战事停顿下来后，双方谁也不愿意退还已经占有的城邦和土地，因此实际上提洛同盟和波炉奔尼撒同盟之间的摩擦时有发生。仅仅几年后，即公元前415年，雅典将军西比德就希望占领西西里岛，但尼西阿斯认为此时还不是时候，远征西西里未必能成功。但尼西阿斯还是未能阻止，雅典公民大会最终通过了西比德的远征计划。雅典人之所以在刚刚停战几年后就又重新点燃了战火，是因为他们这些海盗、商人看到了巨大的诱惑——如果能得到西西里，那就意味着等于拥有了另一个克里特岛，那是一个财富之岛，雅典将获得一个重要的贸易站点和战略支撑。所以，西西里是一个既有市场又有战略价值的地方，雅典人的野心迅速就被点燃了。
很快，雅典人组织起一支由136艘三层浆战舰组成的远征舰队，派出的兵力包括13000名轻装步兵、5100名重装步兵、480名弓弩手、700名投石手，另外还有奴隶浆手2.6万人。随舰队一起行动的还有30艘商船和100艘各种小船，可谓浩浩荡荡。
远征舰队抵达了意大利的利吉姆后，三位统帅却对这次远征有不同的想法，尼西阿斯原本就不赞同这次远征，因此他认为，应该武力和外交同时使用，促成厄基斯泰和栖莱纳斯的和解，以炫耀武力为主，然后就可以返回了。但亚西比德却认为这样太过简单了，他主张首先取得麦山那的支持，若不能，那就武力攻占此地，因为这里是个良港，可以以此为根据地。另一位统帅拉马西斯原本野心更大，他甚至曾向直接攻打叙拉古，但最后还是觉得亚西比德的计划较为稳妥，于是支持了亚西比德。
亚西比德随后率领一支舰队前往麦山那，但麦山那根本就不愿与雅典人进行谈判，直接回绝了亚西比德的建议。亚西比德于是率领这支舰队返回利吉姆，准备商议征讨麦山那，但这时候却传来一个消息使得他的计划流产了。原来，在亚西比德等人率领舰队离开雅典前，雅典发生了一起案件，雅典城内多处的赫尔墨斯神像遭到破坏，而亚西比德是主要嫌疑人。现在雅典派来信使，命令亚西比德等涉嫌人员返回雅典接受审查。亚西比德知道如果回到雅典恐怕难逃一死，于是在返回的路上逃走了，他投靠了斯巴达。
现在远征舰队剩下了两位统帅，他们也把舰队分成两支，然后每人指挥一支。随后，雅典远征军开始了在西西里、意大利的军事行动，他们进占到了卡塔纳，准备进攻叙拉古。在攻打叙拉古的战役中，雅典人就像在萨拉米海战中一样，再次使用了诱骗战术，他们派出了一个人，伪装成卡塔纳人，然后对叙拉古人说，他是卡塔纳派来的，他们已经制定了一个计划，要求叙拉古人在黎明时发动袭击，因为此时雅典人的睡地距离武器存放地较远。在叙拉古人开始攻击的时候，卡塔纳人会作为内应，他们还会烧毁雅典战舰。叙拉古人相信了这个人，于是在约定的日子到来的时候，叙拉古人倾城而出，向卡塔纳前进。雅典人得知叙拉古人中计之后立即全体登船，迅速从海路扑向叙拉古。当黎明到来时，叙拉古骑兵首先来到卡塔纳，但却发现雅典人早已离开了这里，于是立即全军返回叙拉古。
雅典人此时已经在奥林匹昂对岸抢占了有利地点。在雷电交加的大雨中，叙拉古人与雅典人展开了决战。这场决战对雅典人来说还有点艰苦，因为叙拉古人虽然并不善战，但却很勇敢，因此战场上曾僵持了很久，最后还是雅典联军中的阿格斯人首先迫使叙拉古人的左翼溃退，随后战场形势才向对雅典人有利的方向迅速转变，雅典人也突破了叙拉古人的阵型，将叙拉古部队分割成两部分，最终全面崩溃。
赢得叙拉古战役胜利后的雅典人返回到卡塔纳，随后又向麦山那前进。然而，此时亚西比德却已经将情报出卖给了麦山那，雅典这一次未能重演叙拉古战役前的欺骗，致使进攻麦山那未能得逞。雅典人在麦山那城下停留了一段时间后因粮食短缺而不得不撤退，一方面等待雅典的物资供应，一方面去联系迦太基人，使得艾特鲁斯坎的一些城邦站在了雅典人的一边。叙拉古人也派人向意大利半岛上的一些城邦求援，希望能共同抵抗雅典人。
公元前414年，当春天来临后，来自雅典的援军也赶到了——雅典援军是在距离厄庇波利不远的地方登陆的，而雅典援军登陆后并不是与本地雅典部队会合，而是直接跑步奔向厄庇波利。由于一个冬天雅典人与叙拉古人并没有太多战事，因此叙拉古人尚未弄清这些突然出现的部队是哪里人、是从哪儿冒出来的，结果当他们发现这就是雅典的援军的时候已经晚了，雅典援军抢占了有利地形，随后就发起了攻击。叙拉古人被打了个措手不及，阵亡300多人。
再给了叙拉古人一个漂亮的突袭之后，雅典人又筑起一道双重城墙，目的是为了从陆地上完全封锁叙拉古人。同时也破坏了叙拉古人的饮水通道，雅典人是希望迫使叙拉古人投降。然而，就像雅典援军突然出现一样，由吉利普斯率领的巴达人和科林斯人的联军也突然出现了。
尼西阿斯此时认为，斯巴达和科林斯联军的出现使得雅典即将成功的计划泡汤了。果然，当尼西阿斯率领他的舰队和部分陆军转移到普利姆密里昂的时候，频频遭到叙拉古人和斯巴达人的攻击。而吉利普斯也确实在积极地组织对雅典的进攻，力图解除雅典对叙拉古的围困。尼西阿斯只好向雅典派出信使，向雅典说明，要么立即派来援军，要么同意撤军。雅典方面最后决定，向西西里岛再派出一支远征舰队。
这时，亚西比德也来到了斯巴达，他也建议向西西里增兵，同时最好也直接进攻阿提卡。公元前413年春，斯巴达果然直接向阿提卡发动了进攻，并在德凯利亚修建了防御工事，以此为据点，扫荡雅典周围的乡村。斯巴达人修建德凯利亚工事说明他们一改以往短暂的进攻方式，而是要长期围困雅典。斯巴达此举大大打击了雅典，由于周围乡村被洗劫，雅典失去了城外的土地，大批奴隶也成了斯巴达人的资源，供应雅典的粮食也不得不绕道。这场战争此时成了奇妙的两个包围：雅典被斯巴达包围，而雅典人又在遥远的西西里岛包围着叙拉古。雅典的危机进一步加重。
尽管存在这两个包围，但实际上在两处雅典都处于被动状态，斯巴达人都掌握着主动权。因此，在西西里的斯巴达人首先采取了突破性的行动，斯巴达人和叙拉古人进行了一次联合行动，斯巴达人负责从陆地进攻，叙拉古人则从海上进攻。尽管叙拉古人的海战打得实在不怎么样，但最终还是夺得了普利姆密里昂的雅典要塞——这个要塞的丢失让雅典人雪上加霜，因为这里储存着雅典部队的大量物资。不幸的事还有，叙拉古人乘胜又截击了雅典的补给船，一把火烧了雅典在克伦尼亚的木材储存点，这是储存的雅典建造战舰的木材。
随着雅典在西西里的劣势渐趋明显，西西里、意大利各邦也开始转变立场，西西里的政治气候越来越不利于雅典。
在海战战术上，叙拉古人也进行了改进，他们加固了自己战舰的船头，以便在撞角战中取得优势，而雅典的战舰船头则较弱；另一方面，叙拉古人也在海战中使用了很多灵巧的小船，上面搭载着一些投枪手，他们的攻击目标就是三层将战舰的浆手，结果在海战中一向横行地中海的雅典海军频频吃亏。
对西西里的雅典军队来说，唯一的好消息就是德莫斯提尼和尤利密顿率领的雅典援军终于赶到了。当雅典援军一到，就准备再来一次突然袭击，希望能一举攻克厄庇波利。这场突袭战的前半场打得像上一次一样漂亮，雅典联军一举攻占了叙拉古的城墙，这本来已经取得了决定性的胜利，然而此时又出现了戏剧性的变化——雅典人以为他们已经取胜，但实际上叙拉古人正在组织反扑，结果正是这个叙拉古人的反扑导致雅典全军受到突然打击而发生溃散。
雅典人半途而废的突袭让他们更加丧气，而叙拉古人却士气旺盛，他们不但在海战中频频得手，在陆战中也获得了胜利。面对这种不利局面，雅典的统帅们也发生了分歧，德莫斯提尼建议在没有全军覆没的时候全面撤退，放弃西西里，但已经在此奋战了很久的尼西阿斯却不甘失败，他不想放弃。尽管尼西阿斯不想承认失败，但也没有什么办法扭转颓势。相反，叙拉古人却希望再接再厉，他们计划了一个海陆联合行动。当叙拉古人展开这个行动后，尼西阿斯此时感到了后悔，后悔没有听从德莫斯提尼的建议，现在面临叙拉古人的全面反击。但要是现在再进行撤退也还来得及，毕竟叙拉古人此时还没有能力吃掉雅典人，可是偏偏此时又发生了日食，而尼西阿斯对日食有着偏执的信念，认为只有在日食过后27天才能讨论接下来的军事行动。叙拉古人对日食不以为然，没有耽误一点时间，他们封锁了港口，防止雅典人从海上逃走。
此时，就像雅典人不久前围困叙拉古人一样，现在轮到叙拉古人围困雅典人了，而雅典人则面临生死一决——尼西阿斯决定，在海上与叙拉古人进行最后的决战。叙拉古人也知道雅典人必然作困兽之斗，因此也严阵以待，在尼西阿斯发表演讲、激励雅典将士们为祖国而战的时候，吉利普斯也在发表演讲，号召叙拉古人向侵略者复仇。
在狭窄的海面上，拥挤了双方200艘战舰，雅典人以不计代价的方式发动了疯狂的进攻，而叙拉古人也志在必得，用一种复仇的士气与雅典人对冲。这场海面决战进行的异常惨烈，双方的战舰几乎是在用同归于尽的方式进行冲撞，因此海面上漂浮着大量被撞碎的船体，落水的人到处都是，最终，处于劣势的雅典舰队还是未能突破叙拉古人的围困，这场海战以点的彻底失败而告终。
失败也许会让人变得愚钝起来。白天的海面决战失败了，尼西阿斯和德莫斯提尼计划在夜间重整剩下的船只，然后在黎明的时候突然冲出港口。但素来骄傲的雅典海军士兵们却不愿再登上船只了，他们已经深感恐惧。无奈，尼西阿斯和德莫斯提尼只好决定从陆地突围，就在当夜行动。
叙拉古人在取得决定性的海战胜利后，其将领们十分兴奋，举行了盛大的宴会。然而，一个名叫赫摩克拉底的叙拉古人却提醒说，雅典人很可能会在今夜从陆地撤退，因此他建议立即封锁道路和关隘，防止雅典人逃走。但叙拉古的将领们早已喝的酩酊大醉，根本无人理睬他的建议。于是，赫摩克拉底就找来了他的一个骑兵朋友，然后带领一小队骑兵来到雅典军营附近，告诫雅典人不要妄想在今夜逃走，因为叙拉古人已经封锁了所有道路和关口，他们无路可逃。雅典人竟然就相信了，于是，决定推迟撤退的时间。
第二天，当叙拉古的将领们清醒之后，吉利普斯立即作出了封锁部署。
雅典人直到海战后第三天才决定撤退，这实际上已经失去了租后的撤退时机。尼西阿斯和德莫斯提尼集合了所有4万人的雅典部队，开始了撤退行动。他们在夜间开始向海边行进，由德莫斯提尼率领一部分雅典部队担任后卫。前方不断遭到叙拉古人的阻击，后方也不断遭到叙拉古人的追袭，因此撤退行动进行的很缓慢，后卫部队也经常被冲散。在行进了数天之后，终于到达了海边，叙拉古人急忙组织部队向海边追击过来，德莫斯提尼的后卫部队首先被包围，叙拉古人把这支悲惨的后卫部队围困在狭小的地方上，然后在一整天的时间里不断地向雅典人抛石块，走投无路的德莫斯提尼最后只有投降了。
率领主力撤退到海边的尼西阿斯也已经被围困，当他得知德莫斯提尼投降的消息后，也希望与叙拉古人媾和，他提出赔偿叙拉古人的一大笔战争赔款，条件是放他们返回雅典。但曾经差点被雅典人征服的叙拉古人拒绝了尼西阿斯的条件。随后，叙拉古人也开始向尼西阿斯的雅典主力抛掷石块。这又是一整天的石块攻击，雅典人只好向外突围，但成功突出叙拉古包围的只有300人，剩下的雅典人在第二天只好边打边转移，当遇到一条河流的时候，雅典人已经溃不成军，争相渡河，而他们的背后是叙拉古人的追兵，河对岸也有一些叙拉古人在防守，他们不停地向正在渡河的雅典人抛掷石块和进行弓弩射击，大批的雅典人就死在这条河中，即使登上对岸也被叙拉古骑兵杀死了。斯巴达人也在围堵中，他们冲下河滩，宰杀已经精疲力尽的雅典人，数万人惨死在河中，尸体堆积起来堵塞了河水。
尼西阿斯最后还是投降了，被俘的雅典人共计有7000多人，那支逃出包围圈的300人小部队也被叙拉古骑兵追上而被俘。
成了俘虏的雅典人被送进一个大石坑中，任凭风吹雨打、蚊虫叮咬，他们中死去的人也没有人掩埋，尸体就在他们中间腐烂。这些可怜的俘虏在这个大石坑中苦苦忍受了2个多月。除了雅典人、参与雅典远征军的意大利人和西西里人外，其他人都被当作奴隶出售。
雅典的这次远征西西里就以这样的悲惨结局结束了，共计损失了5万人和200艘战舰。