Филипп, между тем, старался обеспечить себе морские пути. Византий, связанный с Афинами союзом, послужил тем пунктом, в борьбе за который негласная война афинян с Филиппом перешла в открытую; объявление войны состоялось поздней осенью 340 г. Демосфен, в качестве начальника морского дела, провел, несмотря на сопротивление богачей, новое, более справедливое распределение повинностей по снаряжению кораблей, соответственно имущественному цензу; в 339 г. ему удалось осуществить и свой давнишний проект использования "зрелищных денег" на военные нужды. К сожалению, речь Демосфена, с помощью которой ему удалось склонить сограждан отказаться от этих денег, не дошла до нас, как и другие речи этого важного периода деятельности Демосфена. Византию была оказана большая помощь со стороны союзников, так что Филипп вынужден был снять осаду с Византия и вернуться в Македонию. Но своего плана покорения Греции он не оставил и в конце 339 г. прошел через Фермопилы и занял Элатею на границе Беотии. Это произвело большое впечатление в Афинах, так как дальнейшие намерения царя теперь стали ясны каждому. Угрозами и обещаниями старался Филипп склонить на свою сторону Фивы, у жителей которых еще была жива старая вражда к Афинам. Но Фивы выступили не на стороне Филиппа, а вместе с афинянами; это было заслугой Демосфена, тогда же немедленно отправившегося в Фивы и применившего там все искусство своего красноречия. Пелопоннесских союзников Филиппа удалось нейтрализовать. Войско эллинов вступило на территорию Фокиды; в небольших стычках оно одержало победу. Демосфену опять был присужден в знак почета золотой венок. Но затем военное счастье изменило эллинам; в августе 338 г. в сражении при Херонее, где сам Демосфен был в числе гоплитов, они были разбиты, а остатки их войска бежали.
В Афинах после сражения при Херонее подняли голову сторонники Македонии. Но популярность Демосфена была так велика, что именно ему было поручено произнести похвальное надгробное слово в честь павших в битве при Херонее. До нас этот его эпитафий не дошел (помещаемый в собрании сочинений Демосфена эпитафий на самом деле не принадлежит ему).
В 337 г. Демосфен внес в народное собрание предложение отремонтировать и усовершенствовать укрепления города и гавани. Дело это было, как обычно, распределено между 10 филами. Фила Демосфена, Пандионийская, выбрала его самого "стеностроителем" (τειχοποιος), и он получил из казны около 10 талантов. Кроме того, Демосфен потратил немало и своих собственных средств (3 таланта). Поэтому некто Ктесифонт внес в Совет пятисот предложение наградить Демосфена золотым венком с провозглашением об этой награде на ближайших Дионисиях. При тогдашней обстановке такое событие приобретало характер политической демонстрации против Македонии, поскольку дело шло об укреплении афинских оборонительных сооружений. Предложение Ктесифонта было опротестовано македонской партией, в частности Эсхином, и дело о награждении Демосфена венком было отложено. Осенью 336 г. Филипп был убит одним из своих приближенных, Павсанием. Демосфен и антимакедонская демократическая партия в Афинах ликовали. Однако это ликование было напрасным. Сын Филиппа, Александр Македонский, быстро подавил антимакедонское восстание в Фивах, от афинян же потребовал выдачи главарей антимакедонской партии: Демосфена, Ликурга, Гиперида и других, но по ходатайству оратора Демада отменил это требование. Для предпринимаемых Александром военных действий против персидского царя Афины должны были снарядить немало судов.
Македония торжествовала новую победу над Грецией. При такой политической обстановке македонская партия в Афинах сочла уместным возобновить против Демосфена отложенный было процесс по поводу награждения его венком. Это было тем удобнее, что процесс был направлен с виду не прямо против Демосфена, а всего лишь против предложения незначительного лица — Ктесифонта. Предложение Ктесифонта было уязвимо с чисто юридической стороны: закон запрещал награждать венком тех должностных лиц, которые еще не отдали отчета о своей деятельности, а как раз в таком положении находился Демосфен. Процесс, на котором присутствовало много граждан и иностранцев, происходил осенью 330 г. Заседание суда было проведено следующим образом: выступление обвинителя, выступление обвиняемого и заключительное обсуждение. Ктесифонт, в случае признания его предложения противозаконным, рисковал, по букве закона, всем, потому что при удовлетворении жалобы на внесение противозаконных законопроектов (γραφἠ παρανομων) не было предела наказанию, в действительности же дело скорее грозило штрафом не более как до 2 мин (50 руб. золотом). Сам Ктесифонт, сказав несколько слов, обратился с просьбой, чтобы разрешили выступить Демосфену. Таким образом, процесс стал заключительным актом поединка между Эсхином и Демосфеном.