Ba Tư xâm lược Hy Lạp lần thứ hai
Diễn biến > Tháng 8 năm 480 TCN: Thermopylae và Artemisium

Bài chi tiết: Trận Thermopylae và Trận Artemisium
Thời điểm quân Ba Tư dọn đường quanh đỉnh Olympus nhằm tiến xuống Thermopylae lại trùng đúng với thời điểm vận hội Olympic của Hy Lạp và lễ hội Carneia của người Sparta. Theo quan niệm của họ, chiến tranh bị kiêng kị trong quãng thời gian này. Tuy nhiên, người Sparta coi mối đe dọa Ba Tư nghiêm trọng đến mức vua Leonidas I cùng với 300 cận vệ của ông (Hippeis) vẫn phải ra tiền tuyến. Leonidas được hỗ trợ bởi lực lượng dự phòng từ các thành bang Peloponnesus liên kết với Sparta, cùng các lực lượng đón trên đường đến Thermopylae. Lúc tới nơi họ dựng lại bức thành mà người Phocia từng xây ở điểm hẹp nhất của con đèo và chờ đợi Xerxes xuất hiện.
Quân Ba Tư đến Thermopylae vào giữa tháng 8 rồi chờ chực ba ngày cho quân Hy Lạp giải tán. Khi Xerxes nhận thấy người Hy Lạp sẽ quyết tử để giữ tuyến đường, ông lệnh cho quân tấn công. Tuy nhiên bởi địa thế hẹp tại đây phù hợp cho kiểu binh hoplite, quân Ba Tư buộc phải tấn công trực diện vào đội hình phalanx Hy Lạp. Liên quân Hy Lạp cầm cự suốt hai ngày trời, hóa giải mọi đòn tấn công từ phía Xerxes. Nhưng vào cuối ngày thứ hai, một cư dân địa phương tên là Ephialtes tiết lộ cho Xerxes con đường núi dẫn ra hậu cứ quân Liên minh. Xerxes liền cử những Bất tử quân tinh nhuệ của mình luồn ra phía sau vào buổi đêm. Leonidas may mắn hay tin cuộc đánh lén bèn ra lệnh triệt thoái đại quân; riêng ông cùng 300 lính Sparta, 700 lính Thespia, 400 lính Thebes và vài trăm lính từ các thành bang khác ở lại cản bước Ba Tư. Vào ngày thứ ba của trận chiến, những người lính Hy Lạp còn ở lại xông ra ngoài tử chiến với quân Ba Tư, cố gắng chém càng nhiều quân thù càng tốt. Tuy vậy hậu quân Liên minh rốt cuộc bị tiêu diệt, và con đường vượt Thermopylae được khai mở cho người Ba Tư.
Cùng lúc với trận chiến tại Thermopylae, hải quân Liên minh gồm 271 chiếc trireme có nhiệm vụ phòng thủ Artemisium chống lại hải quân Ba Tự. Ngay trước trận Artemisium, hạm đội Ba Tư gặp phải cơn cuồng phong ngoài khơi Magnesia làm mất rất nhiều tàu, nhưng 800 chiếc lành lặn vẫn tới được Artemisium. Vào ngày đầu tiên (trùng với ngày đầu tiên của trận Thermopylae), hạm đội Ba Tư cử 200 con tàu có khả năng đi biển vòng xuống bờ phía đông Euboea cắt đường rút lui của Liên quân. Hai hạm đội đụng độ với nhau lúc xế chiều. Hạm đội Hy Lạp thắng thế và chiếm được 30 con tàu. Tối hôm đó, một cơn bão nổi lên đánh đắm phần lớn chiến thuyền Ba Tư được gửi xuống Euboea.
Vào ngày thứ hai của trận đánh, hạm đội Hy Lạp nhận được tin đường rút lui không còn bị đe dọa; do đó họ quyết tâm duy trì vị trí hiện tại. Thuyền Hy Lạp thực hiện các cuộc tấn công chớp nhoáng vào các tàu Cilicia của Ba Tư, bắt giữ và tiêu diệt chúng. Tuy nhiên vào ngày thứ ba, hạm đội Ba Tư tấn công tổng lực vào phòng tuyến của Liên minh. Trong ngày giao tranh khốc liệt đó, Liên minh ngoan cố giữ được vị trí nhưng hứng chịu tổn thất nặng nề (thiệt hại phân nửa hạm đội Athens); song họ cũng đã gây tổn thất tương đương cho hạm đội Ba Tư. Tối hôm đó, hải quân Hy Lạp nhận được tin Leonidas và quân của ông đã tử trận tại Thermopylae. Do mất mát quá lớn và không cần thiết bảo vệ sườn Thermopylae nữa, hải quân Hy Lạp triệt thoái khỏi Artemisium, về đảo Salamis.