軍船をキオス、サモス、レスボスなどが拠出し、多くのポリスは資金を拠出した。当初はデロス島で開かれる代表会議で同盟に加わる各ポリスが意見を表明し、拠出された資産を同島におかれた金庫で共同管理していた。その後、ペルシアの軍事的脅威が薄れたのち、前454年にはデロス同盟参加ポリスの合意と、アテナイ市民議会の賛成多数により、三段櫂船の運用・維持を行えるピレウス港を保有しているアテナイに金庫は移されている。して、名実ともにアテナイを中心としてエーゲ海の都市国家(ポリス)を纏め上げてゆくこととなる。対ペルシャの脅威に立ち向かうために一致団結が求められたことから、同盟からの脱退は基本的に無いとされた。後には、離脱しようとする都市国家(ポリス)に壊滅的な打撃を与えることもあった。はやくから脱退を図ったナクソス島は武力で鎮圧され、タソス島の離脱もおさえられて制裁金が科された。して次第に同盟はアテナイが他の諸ポリスを支配する機関へと変貌していった。した状況を指して、「アテナイ海上帝国」と形容する歴史家もいる。した「アテナイ海上帝国」の台頭に強い懸念を抱いたスパルタは、アテナイの専制的支配に対して離反するポリスが現れると、これを支援する姿勢をみせることもあった。経済的なシーレーンをエーゲ海(古代ギリシア世界におけるワールドシー)に築き上げ、マーケットが成熟してゆくとイオニア海にまでマーケットをアテナイは拡大した。エーゲ海のマージナル・シーに相当するポリスをデロス同盟の傘下にしエーゲ海の覇権を握ったアテナイは、その勢力をペロポネソス半島の反対側に位置するイオニア海にまで伸ばしたのだった。ところが、この行為によりコリントなどイオニア海でマーケットを展開し棲み分けていたポリスとの対立を生む。同時に、スパルタなどペロポネソス同盟傘下にある陸軍国家(ランドパワー)からすれば、ペロポネソス半島(と、その上にあるバルカン半島の下部)を包囲するような形でデロス同盟傘下のポリスが増えるように映る。陸軍国家にとってはリムランドをデロス同盟に獲られてゆくも同じであった(リムランドとマージナルシーはしばしば重なることが多い)。このデロス同盟による経済圏の拡大が経済的にも、軍事的にも緊張を生んでゆく。中立のポリスたちも、敵対するポリスが片方に加盟すれば、もう片方は対立する同盟に加盟するなど、傘下のポリスたちの対立が次第に表面化していった。次第に加盟している小さいポリスの利権対立に、アテナイとスパルタは振り回されてゆくことになる。この冷戦さながらの代理戦争の様相を呈すようになってゆき、一気に緊張が爆発したのがペロポネソス戦争であった。紀元前431年には両者の対立は頂点に達し、ギリシアの諸ポリスによる深刻な内戦ペロポネソス戦争が勃発。紀元前404年、アテナイの敗北が決まるとデロス同盟は解散した。