היוונים החליטו לוותר על הגנת יוון הצפונית ושלחו כוח גדול לבלימת הפרסים במעבר תרמופילאי על מנת למשוך זמן ולכנס את כוחות הברית. הכוח הורכב מחיילים מיוון התיכונה בפיקודו של לאונידס, אשר הגיע עם חיל מובחר של הצבא הספרטני. במקורות רבים מצוין המספר "300 הספרטנים". למעשה היו בקרב 304 ספרטנים: 300 חיילי משמר המחולקים לשלוש פלוגות, קצין לכל פלוגה, ולאונידס עצמו. אולם החייל פנטיטיס יצא בשליחות אל תסאליה. והחייל אריסטודמוס לא לחם בגלל מחלה. כך שהיו 302 ספרטנים. כתמיכה בצבא היבשה יצא הצי לכיוון מצר ארטמיסיון על מנת לא לתת לכוחות הפרסיים אפשרות לאגף את צבא היבשה ולהנחית כוחות בעורפם.