Соотношение сил к этому времени еще более изменилось в пользу персов. Но в различных источниках цифры о количестве войск Дария очень разнятся. Юстин называет численность персидских войск: 100 тысяч конных и 400 тысяч пеших. Вероятно, эти цифры подсчитаны на основе слов самого Дария перед битвой, что он выставил десять своих солдат против каждого македонянина. Арриан ссылается на слух, что у Дария было 40 тысяч конных и миллион пехоты, а также вполне реальные 200 серпоносных колесниц и 15 слонов (слоны в битве не участвовали — они были захвачены македонянами). Диодор и Плутарх также повторяют слух о миллионной армии персов. И только Курций приводит относительно умеренные цифры: у персов 45 тысяч конницы и 200 тысяч пехоты. Современные американские авторы Р. Э. Дюпюи и Т. Н. Дюпюи указывают численность персидских войск — до 200 тысяч человек. Российский военный историк Е. А. Разин пишет, что армия персов в битве при Гавгамелах насчитывала 60–80 тысяч человек, 12 тысяч кавалерии, 100 боевых колесниц и 15 слонов.
Македонская армия также увеличилась, но все же уступала персам. К этому времени она имела около 47 тысяч человек: две большие фаланги тяжелой пехоты (около 30 тысяч), две полуфаланги гипаспистов (около 10 тысяч), конницу (4–7 тысяч) и иррегулярные войска.
Македонская армия отдыхала четыре дня. 29 сентября она подошла к расположению персидской армии, но атаку было решено отложить до следующего дня. Вечером 29 сентября Александр вместе с начальниками своих войск произвел тщательную разведку поля боя и расположения персов. На основании данных этой разведки был составлен план боя.
Боевой порядок македонской армии состоял из центра, где была выстроена фаланга тяжелой пехоты (гоплиты), правого фланга под командой Филона, где находилось 8 ил македонской конницы (одна ила — 64 всадника), и левого фланга под командой Пармениона, где выстроилась союзная греческая пехота, а левее ее — греческая и фессалийская конница; фланги боевого порядка прикрывали легко вооруженные пешие воины и легкая конница. Для обеспечения тыла во второй линии были расположены 8200 гипаспистов, фактически составивших общий резерв. Весь боевой порядок македонской армии прикрывала легкая пехота.
Боевой порядок персов состоял из центра, где находился сам Дарий с отрядом «родственников» (знатные всадники) и личной гвардией, 2 тыс. греческих наемников-гоплитов, под командованием фокейца Патрона и этолийца Главка, за ними стояли легковооруженные отряды других народов и инды с 15 слонами, а впереди лучники-марды и 50 колесниц. На левом фланге, которым командовал Орсин, была сосредоточена тяжелая кавалерия из 2 тысяч массагетов (так Арриан называет северо-иранские племена, их всадники и лошади были покрыты броней), 9 тысяч конных бактрийцев и 5 тысяч других всадников, пехотных отрядов и нескольких десятков колесниц. Правый фланг находился под командованием Мазея. Здесь были выстроены армянская и каппадокийская конница и отряд колесниц, а также мидяне, парфяне, сирийцы и другие воины из центральных областей Персидской империи.
Дарий, чья лучшая пехота (греческие наемники) была почти уничтожена при Иссе, рассчитывал главным образом на кавалерию, колесницы и боевых слонов. Персы были построены в две длинные, глубокие линии с кавалерией на каждом фланге.
В ночь перед схваткой, как писал Плутарх, «…когда оба войска находились уже на виду друг у друга, Дарий приказал воинам оставаться в строю и при свете факелов устроил смотр… Вся равнина была освещена огнями варварского войска, из лагеря персов доносился неясный гул, подобный шуму безбрежного моря. Старейшие из приближенных Александра (в особенности Парменион) были поражены многочисленностью врага и говорили друг другу, что одолеть такое войско в открытом бою было бы слишком трудным делом. Подойдя к царю, только что закончившему жертвоприношения, они посоветовали Александру напасть на врагов ночью, чтобы темнотой было скрыто то, что в предстоящей битве может внушить наибольший страх македонцам. Знаменитый ответ Александра „Я не краду победу“ показался некоторым чересчур легкомысленным и неуместным перед лицом такой опасности. Другие считали, что Александр твердо уповал на свои силы и правильно предвидел будущее. Он не хотел, чтобы Дарий, обвинявший в прежней неудаче горы, теснины и море, усмотрел причину своего нынешнего поражения в ночном времени и темноте и отважился бы еще на одну битву. Александр понимал, что Дарий, располагавший столь великими силами и столь обширной страной, из-за недостатка людей или вооружения войны не прекратит, но сделает это только тогда, когда, побежденный в открытом сражении, потеряет мужество и утратит надежду.