Греческий флот после получения известия о гибели отряда Леонида оставил свою позицию у Артемисия, где он несколько дней сдерживал натиск персидских кораблей. Триеры греков, изрядно потрепанные в бою, отступили на юг и остановились в проливе между островом Саламин и берегом Аттики. Тем временем, огромная армия Ксеркса вторглась в Среднюю Грецию. Главные силы персов продвигались по направлению к Афинам, и жители города после долгих споров приняли решение его оставить. Все способные носить оружие должны были пополнить войско и флот, а старики, женщины и дети эвакуировались на близлежащие острова Саламин и Эвбею и на Пелопоннес. Персы заняли Афины. Небольшая часть афинян отказалась уходить и забаррикадировалась на Акрополе. Персы легко справились с их сопротивлением, разграбили и сожгли город.
Фемистокл и афинские моряки, глядя с берегов Саламина на зарево над Афинами, поклялись дать отчаянный бой персидскому флоту в узком и изобилующем шхерами и мелями Саламинском проливе. Афиняне прекрасно знали сложный фарватер пролива, а его узость лишала большие персидские корабли маневра и не давала использовать их численное превосходство. Командиры других греческих эскадр, как и официальный командующий всем союзным флотом спартанец Эврибиад, были другого мнения. Они считали, что надо отвести флот к берегам Пелопоннеса и вновь встретить врага уже там. Но Фемистокл настаивал на том, что терять такую выгодную позицию, какую имел греческий флот в тот момент, нельзя: в любом другом случае персы непременно использовали бы преимущество в численности, величине и скорости своих кораблей. В конце концов, он пригрозил, что афинский флот в случае отказа биться у Саламина просто уплывет куда глаза глядят, забрав всех оставшихся в живых афинян. Угроза возымела действие – лишиться половины флота означало окончательный проигрыш в войне.
Хорошо известна и легенда о том, что Фемистокл ночью послал своего доверенного раба Сикинна, родом из Персии, в лагерь Ксеркса, поручив тому передать, что он, афинянин, всей душой желает победы великому царю и поэтому предупреждает, что греки намерены уйти из пролива, лишив персов верной победы. Фемистокл советовал частью персидских сил перекрыть путь к отступлению, чтобы эллинский флот поневоле был вынужден дать сражение, в котором он, конечно же, будет разгромлен. Ксеркс поверил перебежчику и отправил корабли к проливу. Битва стала неизбежной.
Фемистокл
28 сентября 480 года до н. э. флот Ксеркса стал входить в пролив, намереваясь окружить и уничтожить греческий флот. В начавшемся морском сражении небольшие и быстроходные греческие триеры по команде триерархов стали легко маневрировать в знакомой акватории среди больших, тяжелых и неповоротливых финикийских галер, которые быстро загородили друг другу фарватер и сбились в неуправляемую, хаотичную массу, ломая свои собственные длинные весла. Осыпаемые тучей стрел, греки прикрывались бортами триер и щитами и брали корабли противника на абордаж, таранили их борта специальными остроконечными выступами триер, ломали им весла, не давая развернуться в боевой порядок. Бой в Саламинском проливе носил исключительно ожесточенный характер, противники истребляли друг друга не только оружием, но и всем, что попадалось под руку. К концу сражения морская вода стала красной от крови. В считаные часы греки разбили, потопили и пленили значительную часть финикийско-персидского флота, которым руководил брат Ксеркса Ариомен. По некоторым данным, персы потеряли около двухсот кораблей, потери греков составили сорок триер. Оставшимся кораблям персов удалось вырваться в открытое море и отойти к афинскому порту Пирей. Но продолжать сражение они уже не могли.
Победе греков способствовало несколько факторов. Это, конечно, самоуверенность Ксеркса, полностью убежденного в своей победе. Кроме того, тактика греков позволяла им постоянно использовать резервы, в то время как постепенно входящие в пролив персидские корабли только увеличивали скученность и неразбериху. По словам самих греков, в этом беспорядке персы потеряли больше кораблей, чем от действий эллинского флота. Помогла союзному флоту и сама природа: поднялся ветер, неблагоприятный для персидского флота, который сбил суда в неуправляемую кучу.
Из этого ада вырвалось немногим более трехсот кораблей. И хотя даже сейчас персидский флот не уступал эллинскому, но тяжелое поражение сильно повлияло на боевой дух персидских моряков (точнее, финикийских и ионийских – у самих персов флота не было). К тому же создалась угроза действий эллинского флота против мостов через Геллеспонт, что ставило под угрозу все снабжение персидской армии. В этих условиях Ксеркс принимает решение увести флот, а с ним и немалую часть армии, на родину. Покидает Элладу и сам царь царей. Тем не менее, он оставляет в Греции значительное войско под руководством своего зятя Мардония. Задача окончательного покорения Эллады усложнилась, но по-прежнему оставалась на повестке дня.