Вряд ли можно верить утверждению Геродота, наверняка заимствованному из какого-нибудь пристрастного афинского источника, будто бы коринфяне сбежали еще до начала сражения. Вряд ли правы те, кто помещает место сражения дальше по проливу, непосредственно перед островом Айгиос 1е-оргиос — в месте, где правому крылу греческого флота не на что было бы опереться. Такое расположение позволило бы персам легко прорваться через правый фланг. Греческий флот был, вероятно, выстроен перед местом своей стоянки, при этом 49 пелопоннесских кораблей формировали его левое крыло и опирались на островок. Не слишком разумным выглядит и предположение, что число в 310 кораблей, составлявших греческий флот согласно Эсхилу, появилось в результате того, что от 380 триер, упомянутых у Геродота, отняли 70 судов, якобы составлявших отряд коринфян — тот, что ушел еще до сражения. Тогда бы у пелопоннесцев, составлявших левое крыло греческого флота, осталось бы только 19 кораблей. Сто восемьдесят афинских кораблей разместились в центре, упираясь справа в мыс Каматеро, а остальные 111 судов (включая 30 эгинских триер) заняли вход в бухту Амбелаки. Расстояние от Каматеро до островка составляет примерно один километр пятьдесят метров. Если считать, что каждая триера занимала примерно 20 м, корабли, должно быть, выстроились в четыре или пять рядов. Согласно Эсхилу, войдя в пролив, персы сначала услышали, как греки поют свою боевую песнь, и только затем увидели их корабли. На этом месте из трагедии основано мнение о том, что греческий флот размещался в проливе севернее Каматеро. Тогда гора Эгалеос закрывала бы его от глаз персов. Хотя и Берн, и Хаммонд отмечают это, никто не может точно доказать, что греки стояли именно там. Оба исследователя говорят, что флот опирался на мыс Каматеро, который находился в полной видимости персов. Если же полностью следовать Эсхилу, то само сражение должно было бы происходить где-нибудь между бухтой Арапис и мысом Филатури. Самым правдоподобным объяснением все-таки является наличие легкой дымки над морем, помешавшей персам увидеть греков сразу. А может быть, было еще слишком темно. С другой стороны, они могли услышать греческую песню еще до входа в пролив. Несколько позже Геродот упоминает о том, что тогда дул западный ветер, который отнес обломки кораблей дальше по побережью. Этот же ветер мог унести звук песни на расстояние от трех до четырех километров — и как раз донести ее до персидского флота. Сражение продолжилось. Узкий пролив не давал возможности свободно маневрировать, поэтому бой шел «корабль на корабль». Грекам удалось сохранить боевой строй, но для персов это было просто невозможно. Персидские корабли столпились в центре пролива, взятые в клещи выдвинувшимися флангами греков. Персы попытались развернуться, не протаранив при этом друг друга, но это было безнадежно. Греки же легко находили себе жертвы среди кораблей, чуть отдалившихся от основного ядра. Персидские моряки знали, что на них смотрит сам царь, и сражались храбро. Они осыпали дротиками палубы греческих триер, а затем старались их протаранить. Ионийский корабль из Самофракии отошел от остальных персидских судов и пробил борт афинской триеры, однако не успел он освободиться и отойти от тонущего судна, как триера из Эгины обогнула мыс и захватила ионийцев врасплох. Покуда их собственный корабль шел на дно, отряд метателей дротиков сумел выбить греческих моряков с палубы триеры. Ее захватили, к большому удовольствию Ксеркса. Несмотря на эти отдельные успехи, зажатый в проливе персидский флот находился в отчаянном положении. Его потрепанные корабли попытались оторваться от противника, но стоило им выйти из пролива, как их атаковал с фланга эгинский отряд, поджидавший в бухте Амбелаки. Афиняне, преследовавшие отступающих персов, также сеяли опустошение среди их кораблей. Торжествующие греки не проявляли особой жалости к оказавшимся за бортом вражеским морякам: подобрав весла или любое подвернувшееся под руку оружие, они забивали до смерти или топили беспомощно барахтавшихся в воде врагов.
Когда персидский флот вошел в пролив, то финикийские корабли двигались колонной к востоку от Липсокутали (ближайшего к Пирею острова), а ионийцы прошли с запада от маленького островка. Они, должно быть, стали выстраиваться в линию, уже находясь в проливе. Пелопоннесцы встали напротив финикийцев, а афиняне — напротив ионийцев. Остальные корабли (их было около ста десяти)ожидали в бухте Амбелаки. Затем они вышли оттуда и атаковали отступающих персов.