Agamemnon zebrał niechętne siły Greckie, aby popłynąć na Troję. Przygotowując się do wyjścia z Aulis, portu w Boeotii, armia Agamemnona wywołała gniew bogini Artemidy. W micie istnieje kilka powodów takiego gniewu: w sztuce Ajschylosa Agamemnon, Artemis jest zły na młodych ludzi, którzy zginą w Troi, podczas gdy w Elektrze Sofoklesa Agamemnon zabił zwierzę święte Artemidzie, a następnie chwalił się, że był równy Artemidzie w polowaniu., Nieszczęścia, w tym zaraza i brak wiatru, uniemożliwiły armii żeglowanie. W końcu Prorok Kalchas ogłosił, że gniew bogini może zostać przebłagany jedynie przez ofiarę córki Agamemnona, Ifigenii.,
Agamemnon był głównodowodzącym Greków podczas wojny trojańskiej. Podczas walk Agamemnon zabił Antyfusa i piętnastu innych trojańskich żołnierzy, według jednego ze źródeł., Jednak w samej Iliadzie jest pokazany, że zabija setki więcej w Księdze 11, podczas jego aristea luźno przetłumaczone na „dzień chwały”, który jest najbardziej podobny do Aristea Achillesa w Księdze 21 (obaj są porównani do Lwów i niszczycielskich pożarów w walce ,ich ręce są opisane jako „splat z gore” i „niezwyciężony”, Trojanie uciekają do ścian, obaj są apelowani przez jedną z ich ofiar, obaj są unikani przez Hektora, obaj zostają ranni w ramię lub rękę, a obaj zabijają tego, który ich zranił)., Jeszcze przed swoją aristeą, Agamemnon był uważany za jednego z trzech najlepszych wojowników po stronie greckiej, co udowodniono, gdy Hector wyzwał do walki jakiegokolwiek mistrza po stronie greckiej w Księdze 7, a Agamemnon (wraz z Diomedesem i Ajaksem większym) jest jednym z trzech najbardziej pragnących zmierzyć się z nim spośród dziewięciu najsilniejszych greckich wojowników, którzy zgłosili się na ochotnika. Po pogodzeniu się, nawet Achilles przyznaje w Księdze 23, że Agamemnon jest ” najlepszy w sile i w rzucaniu włócznią.,”To twierdzenie jest dodatkowo udowodnione przez fakt, że Agamemnon był jedynym głównym wojownikiem po obu stronach, który nigdy nie potrzebował bezpośredniej interwencji bogów, aby zwiększyć jego siłę lub dać mu niesprawiedliwe korzyści w walce, a mimo to spowodował niesamowite zniszczenia prawie na skalę Achillesa.
Iliada opowiada o kłótni między Agamemnonem a Achillesem w ostatnim roku wojny. Po jednym z najazdów Armii Achajskiej Chryseis, córka Chryzesa, jednego z kapłanów Apolla, została odebrana jako nagroda wojenna przez Agamemnona., Chryzes błagał Agamemnona o uwolnienie córki, ale spotkał się z niewielkim sukcesem. Chryzes następnie modlił się do Apolla o bezpieczny powrót jego córki, na co Apollo odpowiedział rozpętując plagę nad armią Achajską. Po dowiedzeniu się od Proroka Kalchasa, że plaga może zostać rozwiana poprzez zwrócenie Chryseis jej ojcu, Agamemnon niechętnie zgodził się (ale najpierw potępił Kalchasa za wcześniejsze zmuszenie Agamemnona do poświęcenia córki Ifigenii) i uwolnił swoją nagrodę. Jednak w ramach rekompensaty za utraconą nagrodę Agamemnon zażądał nowej nagrody., Ukradł Achillesowi atrakcyjną niewolnicę o imieniu Briseis, jeden z łupów wojennych.
w odpowiedzi na pozbawienie Briseis Achilles wycofał się z bitwy i naraził armie Greckie na przegraną wojnę. Agamemnon, zdając sobie sprawę z znaczenia Achillesa w wygraniu wojny z armią trojańską, wysłał ambasadorów błagających o powrót Achillesa, oferując mu bogactwa i rękę swojej córki w małżeństwie, ale Achilles odmówił, ale został ponownie zachęcony do działania, gdy Patroklus został zabity w bitwie przez Hektora, najstarszego syna króla Priama i królowej Hekuby.,
choć nie dorównywał Achillesowi w odwadze, Agamemnon był przedstawicielem „władzy królewskiej”. Jako głównodowodzący wezwał Książąt do rady i poprowadził armię w bitwie. Jego główną winą była przytłaczająca wyniosłość; nadmiernie wywyższona opinia o jego pozycji, która doprowadziła go do obrażania Chryzesa i Achillesa, sprowadzając w ten sposób wielką klęskę na Greków.
Po zdobyciu Troi Kasandra, skazana na zagładę prorokini i córka Priama, przypadła agamemnonowi w dystrybucji nagród wojennych.