この戦いでレオニダスとスパルタ兵は英雄として讃えられ、テルモピュライには討ち死したギリシア全軍の碑ほか、スパルタ軍のみに対する碑も置かれた。ヘロドトスによれば、「旅人よ、行きて伝えよ、ラケダイモンの人々に。我等かのことばに従いてここに伏すと」（ラケダイモンはスパルタのこと）と唱われたとされている。この碑文は古来よりシモニデスが草したものとされていたが、ヘロドトスは作者を記しておらず、現在では彼の作ではないとみられている（現在はコロノスにこの言葉を刻んだ石碑が設けられている）。テルモピュライには現在もなお、レオニダスとスパルタ兵の記念碑が建てられており、観光名所としても有名である。スパルタとともにテルモピュライに残ったテーバイ兵は、彼らが全滅するに及んでペルシア側に投降し、ペルシア遠征軍に組み込まれた。テルモピュライを突破されたギリシア軍はアルテミシオンからの後退も余儀なくされた。テルモピュライ・アルテミシオン防衛線の崩壊は、イストモス以北のポリスにとっては破滅を意味するものであった。ペルシア遠征軍はテルモピュライを南下し、テッサリア人の手引きでポキス全土を劫略、通過するすべてのポリスを焼き払った。防衛線が突破されたことを受けて、アテナイ、メガラの市民は次々と街を退去し、ペルシア軍は少数の市民が残る街を占拠した。しかし、レオニダスとスパルタ兵が時間を稼いだおかげでギリシア軍はサラミスの海戦の準備が整い、海上の決戦ではペルシア軍に歴史的大勝利を収めることができた。また、遠征中の奴隷反乱を恐れてプラタイアの戦いに参戦するか迷っていたスパルタの王族パウサニアスは、「レオニダスの仇を討て」という神託を得て、レオニダスの仇討ちのためにペルシア全軍と戦う決意を固めた。プラタイアの戦いでは10,000のスパルタ重装歩兵が動員され、30万と伝えられるペルシア全軍をスパルタ軍だけで打ち破った。敵の最高指揮官であるマルドニオスも討ち取り、レオニダスの復讐は果たされた。陸上における決戦でもペルシア軍を叩きのめしたギリシア軍は、ギリシア本土からペルシア軍を一掃することに成功し、ギリシアはペルシア戦争に勝利した。
ペルシアの侵略に対して対応が混乱していたギリシアの諸都市であったが、ペルシア遠征軍がトラキアへ侵入するに及んで、連合してこれを迎撃することを決した。先にテンペ峡谷に出兵したギリシア軍は、マケドニア王国のアレクサンドロス1世にペルシア遠征軍の巨大さを説かれてイストモスに撤退していたが、再び会議を開き、ペルシア艦隊をアルテミシオン沖で、クセルクセス本隊をテルモピュライで迎え撃つことを決議した。テルモピュライ・アルテミシオンの防衛線は、アッティカ以北を防衛するための戦略的に極めて重要な意味を持つものだったが、スパルタはカルネイア祭によって全軍を出仕できず、レオニダス王率いる先遣隊300のみを派遣した。他のアルカディアの諸都市もオリンピア祭のために少数の部隊のみを動員し、祭りの終了とともに本隊を派遣することとした。テルマ（現テッサロニキ）を出立したペルシア本隊は、テルモピュライ近郊のトラキスに陣を張った。その兵力規模のあまりの大きさにギリシア軍は恐慌に陥り、スパルタを除くペロポネソスの兵は、イストモスを防衛すべきとして撤退を主張したが、これにポキスとロクリスが強硬に反対した。このためレオニダスはテルモピュライでの決戦を決意し、ギリシア諸都市に使者を送って支援を要請した。ギリシア軍はテルモピュライの街道にあったポキス人の城壁を再建し、これを最終的な防衛ラインとした。また、この城壁は戦闘にも利用された。すなわち、戦闘を行う軍はこの城壁の前方に布陣して合戦し、戦闘をしない軍は城壁の後方に退避することで、できるだけ犠牲を最小限にしようとしたのである。クセルクセスはギリシアの動きを察知していたが、兵力の差からギリシア部隊がまともに戦闘をおこなうとは信じられず、ギリシア部隊が撤退するのを4日間待った。しかし、5日目になってもギリシア軍が撤退する気配を見せなかったため、クセルクセスはメディア軍に攻撃を命じた。
時忠は壇ノ浦で捕虜となり、4月26日に入洛した。時忠は神鏡を守った功績により減刑を願い、娘（蕨姫）を源義経に嫁がせることで庇護を得ようとした。時忠の娘と義経の婚姻について『平家物語』は機密文書の奪取が狙いだったとするが、義経が承諾した理由は不明確である。義経は検非違使として都の治安を担っていたので、長期に渡り検非違使別当を務めて警察権を握っていた時忠の地位を継承しようとしたのではないか、という指摘もある。5月20日、捕虜となった人々の罪科が決定し、時忠・時実・信基・藤原尹明・良弘・全真・忠快・能円・行命の9名が流罪となった。時忠は神鏡を守った功績により死罪一等を減じられたとされるが、武士ではなく文官であり死刑が予定されていたかは疑問である。鎌倉に向かった義経が帰京してから配流が執行される予定だったが、この頃から義経と頼朝の間に不和が発生し、『愚管抄』には「関東ガ鎌倉ノタチヘクダリテ、又カヘリ上リナドシテ後、アシキ心出キニケリ」とあり、義経はしだいに鎌倉の統制から外れていく。8月中旬には時忠・時実を除く7名が配地に下るが、時忠・時実は義経の庇護を受けて都に残留していた。義経の動きに不信感を抱いた頼朝は、梶原景季を派遣して時忠・時実がいまだに在京していることを咎め、朝廷には配流の速やかな執行を言上した。9月23日、時忠は情勢の悪化を悟り、配流先の能登国に赴いた。『平家物語』では都を離れる前に建礼門院に別れの挨拶をしていることから、ある程度の行動の自由は認められていたようである。10月13日、義経は後白河法皇に頼朝追討の宣旨を下すことを要請した。後白河法皇は躊躇するが左大臣・大炊御門経宗の意見により、18日、頼朝追討の宣旨を出す。しかし義経に従う武士は少なく、兵は思い通りに集まらなかった。11月3日、義経は都を退去して再起を図ろうとしたが、あえなく自滅する。時実は義経に同行したが捕らえられ、翌元暦3年（1186年）正月に上総国に配流された。