Около полуночи правый фланг флота, состоявший из финикийцев, выстроился в три колонны и, обернув тканью свои весла, в полной тишине стал пробираться в Саламинский пролив. Остальные силы проследовали за ним вдоль аттического побережья до отмели, ограничивающей пролив Георгия со стороны материка. Расстояние до стоянки греческих кораблей от трех миль уменьшилось до одной. Греки в темноте не могли видеть персов, а равно услышать их с расстояния в одну милю (1852 м), так как обернутые весла не производили шума. Затем флот перестроился в боевой порядок, состоявший из трех последовательных строев фронта, причем Ксеркс на рассвете мог следить за их действиями из своего лагеря у подножья хребта Эйгалея.
Рассказ о том, что персы, желая запереть западный выход из Элевсинской бухты и отрезать грекам путь к отступлению, послали ночью вокруг Саламина 200 египетских трирем, надо считать неправдоподобным. У Геродота нет никаких указаний на это. Эта версия появилась позднее, лет 400-500 спустя, и распространялась мало заслуживающим доверия Диодором, вероятно, по данным Эфора, сочинения которого утрачены. Более же нигде не встречается указаний на эту эскадру. Греки и без того были вполне окружены упомянутым выше образом, поэтому надо признать, что никакого обхода персы не предпринимали.
Шестикилометровый переход персов в темноте при ограниченной ширине пролива, постоянных переменах курса, трудности сигнализации и при отсутствии единоличного командования флотом, а равно и перестроение в три ряда заняли очень много времени. Нападение было решено провести с утра, поэтому весь персидский флот был вынужден в течение целой ночи держаться на веслах в то время, как греки мирно спали на стоянках своих судов.
Большое число персидских кораблей при сравнительно малом пространстве привело к тому, что персам пришлось построить свой флот как можно теснее, имея всего лишь 12,5 м между кораблями, поэтому промежуток между веслами двух соседних судов равнялся всего лишь 2,2 м. По линии от мели канала Георгия до Киносуры на протяжении 3330 м можно было поместить лишь 266 судов в ряд, а, следовательно, в трех рядах могло встать около 800 трирем. При расстоянии между рядами самое меньшее в 20 м, персидский флот по глубине занимал почти полтораста метров.
Правый фланг составляли финикийцы, левый ионяне. Левый фланг, находившийся первоначально южнее острова Пситалии, двинулся одновременно с правым и центром к Саламину, но сложность фарватера и затруднения, вызывавшиеся совместным движением, сильно задержали его. Тем не менее, он загородил фарватер как к востоку, так и к западу от острова и отрезал с этой стороны возможное отступление греков. Таким образом, и он получил возможность принять участие в сражении, хотя его одного было бы вполне достаточно для того, чтобы одержать победу над греками, так как его силы вдвое превосходили силу последних.
Греческие флотоводцы, не заметившие в темноте наступления персов, были извещены об этом во время ожесточенных споров на военном совете Аристидом, который только что вернулся из изгнания, прорвавшись на эгинском корабле сквозь линию персидских судов. Трирема из Теноса, перешедшая на сторону греков, окончательно подтвердила это известие, дополнив его сообщением о закрытии канала Георгия персами.
Теперь уже не оставалось никакого выбора, суда были немедленно спущены и приведены в боевую готовность. К восходу солнца греки с пением возбуждающих военных песен поставили свой флот в два ряда в строе фронта против неприятеля, который уже был отлично виден.
Корабли греков вследствие скалистости берега не все могли быть вытащенными на сушу в бухте южнее города, где едва хватало места для 200 трирем, поэтому остальные, прибывшие позднее, главным образом, афинские, расположились к северу от города. Греческие силы, состоявшие из 347 трирем, были поставлены в два ряда в строе фронта и при расстоянии межу кораблями в 15 м, а между рядами в длину корабля, заняли пространство в 2600 м по длине и 110 м по глубине, поэтому спартанцам, которым было предоставлено почетное место на правом фланге у Киносуры, пришлось пройти 1,5 мили, чтобы занять назначенное место.
Левый флаг, состоявший из афинян, выступал за линию персидских судов в пролив Георгия. Вследствие того, что в этом месте выдается Саламинский полуостров с неглубокими берегами, строй греков образовал небольшой излом и выступил левым флангом вперед; афинянам пришлось пройти на веслах около мили прежде, чем они заняли свое место.
В то время как спартанцы и остальные дорийцы: коринфяне, эгиняне и т. д., занимали свое место на правом фланге, по всей линии греков, полных одушевления, раздались боевые песни. В это время персы также с пением двинулись на греков. Афиняне, уже занявшие свою выдававшуюся вперед позицию, немедленно ринулись навстречу персам, чтобы прикрыть на время центр и дать ему возможность хорошенько выстроиться.
В самом непродолжительном времени афинянин Амейнай, брат поэта Эсхила, на полном ходу выскочил со своей триремой вперед и врезался тараном в финикийский флагманский корабль, на котором находился начальник левого фланга персов, брат Ксеркса, Ариабигн. Таран застрял в правом борту триремы последнего. Ариабигн храбро перескочил на палубу афинской триремы, намереваясь взять ее на абордаж, но тут же был убит тяжеловооруженными морскими солдатами и выброшен за борт. Такое начало подавляюще подействовало на дух его эскадры. В это же время на правом греческом фланге один из эгинских кораблей, действуя аналогично, открыл наступление, и с этого момента бой начался по всей линии.
Несмотря на то, что некоторые корабли временами выходили из строя, бой со стороны греков велся в полном порядке. Они не только не мешали друг другу, а даже очень умело проводили взаимную поддержку.
Левый фланг и центр персов в начале боя держались очень стойко; правый же фланг, подвергнувшийся натиску афинян, скоро пришел в расстройство и обратился в бегство. Афиняне, воодушевленные первым успехом, ожесточенно вели нападение, действуя тараном, ломая весла неприятеля и сваливаясь с ними на абордаж. Поворотливость и малая осадка их судов, делавшие доступным для них пролив Георгия, дали им много преимуществ.
Ксеркс, наблюдавший с берега за боем, пришел в такую ярость, что велел немедленно обезглавить нескольких финикийских начальников, триремы которых пристали к берегу.
Беспорядок быстро распространился по всему правому флангу, перешел в центр и передался всему фронту. Общее расстройство персов увеличилось тем, что тесно поставленные суда сталкивались, ломали весла и теряли свою подвижность. Всему этому способствовало еще то обстоятельство, что суда второго и третьего ряда, желая отличиться на глазах у Ксеркса, стремились пробраться в первую линию и встретиться с врагом, причем теснили друг друга и налезали на суда первого ряда. Усилившийся свежий вестовый бриз окончательно лишил финикийские суда возможности маневрировать; вследствие своей высокобортности их сильно сносило ветром. Суда, сталкивались между собой, сбивались с курса и подставляли борт противнику, что было использовано греками; они умело действовали тараном, впервые применив планомерно и в самых широких размерах это наиболее действенное в бою оружие того времени. Их поворотливость и скорость, а также знание фарватера на левом фланге, способствовали целесообразному действию этим оружием. Зато в бою на некоторой дистанции преимущество оказалось на стороне финикийцев, высокобортные суда которых давали возможность успешно обстреливать с возвышенной палубы более низкие греческие триремы. Но в бою рукопашном персидские воины значительно уступали греческим гоплитам.
Отсутствие общего руководства и неподготовленность персов к совместным действиям послужили, несмотря на то, что отдельные экипажи дрались храбро, причиной того, что флот скоро пришел в расстройство. Финикийские корабли, быстро обратившиеся в бегство после первых же неудач, усилили общее замешательство, перешедшее вскоре под давлением энергично наступавших греков в панику. Каждый корабль стал думать только о своем спасении, и все устремились в открытое море через узкий пролив у Пситалии, где большое число стеснившихся судов увеличило и без того страшный беспорядок.