arihçi Herodot'a dayanarak Grek savaş gemilerinin daha ağır ve dolayısıyla daha az manevra kabiliyeti olduğunu kabul eder. Bu ağır olmanın nedeni açık değildir. Muhtemelen Grek gemileri hantal inşa ediliyordu ya da kullanılan ahşap yeterince kurutulmadığından tekneler su alıyordu. Bir başka ağırlık yaratıcı unsur hoplitlerin ağır zırh ve kalkanları olabilir. Yirmi tam techizatlı hoplitin toplam ağırlığı 2 tonu bulmaktadır. Hangi nedenle olursa olsun gemilerin bu ağırlığı manevralarda daha hantal olmalarına yol açacaktır. Grek gemileri eğer ağır ise, uygulayabilecekleri tek taktik olarak geriye bordalama kaldığından, daha fazla sayıda asker yüklemek zorundaydılar. Bu fazla asker almak, gemileri daha da ağır yapacaktır. Nitekim Herodot, Greklerin batırdıklarından çok daha fazla sayıda gemiyi ele geçirdiklerini belirtmektedir. Fakat ağır olmalarının bir takım avantajları da yok değildir. Salamis sularındaki rüzgarlar karşısında daha dengeli oldukları ileri sürülmektedir. Bir başka avantaj da bordalamakta daha kullanışlı olmaları ve rampalandıkları zaman daha az hasar görmeleri olarak görülmektedir. Askeri tarihçi Barry Strauss ise Atina gemilerinin Salamis için özellikle daha ağır yapıldığını ileri sürmektedir. Bu ağır olmanın, Pers sayı üstünlüğü karşısında denge sağladığını ifade etmektedir.

Teknik olarak, açık denizdeki bir muharebe, Pers Donanması'nın sayı üstünlüğü ve denizcilikteki ustalığı hesaba katıldığında Grek İttifakı Donanması için zor bir muharebe olurdu. Bu nedenle kesin zafer için Pers Donanması'nı daha dar sulara çekmek zorunludur. Artemision Deniz Muharebesi, Pers sayı üstünlüğüne rağmen bir zafer arayışıydı. Ancak görüldü ki Pers Donanması'nı yenilgiye uğratabilmek için daha dar sularda muharebeye çekmek zorunludur. Bu bağlamda Pers Komutanlığı'nca, Grek İttifakı Donanması'na saldırmak için Salamis Körfezi'ne girmek, tam da Grek Komutanlığı'nın istediği savaş koşullarına uymak olmuştur. Ne var ki Serhas'ın, Grek İttifakı Donanması'nın yenilgiye uğratılabileceğinden emin olmasaydı böyle bir girişimde bulunmayacağı ileri sürülmüştür. Bu durumda Themistokles'in hilesinin, güç dengesini Grek İttifakı Donanması lehine değiştirmekte önemli bir rol oynadığı düşünülmektedir. Salamis was, for the Persians, an unnecessary battle and a strategic mistake. Sonuç itibarıyla Salamis Deniz Muharebesi Pers İmparatorluğu açısından gereksiz bir muharebe ve hatalı bir stratejidir.

Muharebenin seyri antik kaynaklarda pek yer almamaktadır. Büyük olasılıkla Serhas da dahil, savaşa katılan hiç kimsenin muharebenin geçtiği sularda neler olduğu konusunda net bir görüşü yoktur. Bilgilerimiz, belirgin bilgilerden çok spekülatif açıklamalara dayanır.

Grek İttifakı Donanması'nın sol kanadında Atina, sağ kanadında ise, her ne kadar Diodorus Megara ve Aegilnetia gemileri olduğunu yazıyorsa da Sparta gemileri yer almaktadır. Donanma'ya katılan diğer kent devletlerinin gemileri ise merkezde konuşlanmıştır. Pers Donanması'nın sağ kanadında, Atina gemilerinin karşısında güçlü Fenike Filosu, sol kanadında, Sparta gemileri karşısında da İyon Filosu yer almaktadır. Muhtemelen, boğazın genişliği tek hat halinde dizilişe izin vermeyecek kadar dar olduğundan en azından iki sıra halinde tertiplenmişlerdi. Eshilos'a göre ise Pers Donanması üç hat halinde düzenlenmiştir. Fakat Boğaz'da ilerledikçe bölünmeler başlamıştır. Herodot'a göre Grek İttifakı Donanması'nın sol (kuzey) kanadı günümüzdeki adıyla Ayios Georgis adasına, güney kanadı ise Vavari Burnu açıklarına dayanmaktadır. Buna göre muharebe hattı kuzey-güney yönünde uzanmaktadır. Diodorus ise Donanması'nın doğu-batı yönünde, Aigaleos Dağı ile Salamis arasında muharebe hattı aldığını öne sürmektedir. Ancak bu doğru olmayabilir. Çünkü bu takdirde kanatlarından biri Pers işgali altındaki bölgeye dayanmış olacaktır.

Muharebeden önceki akşam Pers Donanması'nın boğazın çıkışını engellemek için gönderildiği kesin gibidir. Herodot, Pers Donanması'nın gece yarısında, Grek gemilerinin çekilmesini önlemek için sol kanatlarını Salamis Adası açıklarına yanaştırdıklarını ileri sürmektedir. Günümüz tarihçilerinin bir kısmı, gece karanlığında bu sınırlı alanda manevra yapmanın güçlüğünü ileri sürerek Herodot'un bu açıklamasına kuşkuyla bakarlar. İki olasılık ortaya konmaktadır. Ya Pers gemileri gece boğaza girişi kapadılar ve gün ağarırken boğaza girdiler, ya da gece boğaza girerek gün ışıdığında girişilecek muharebe için düzeni aldılar. Zamanlaması ne olursa olsun Pers Donanması, Boğaz'ın güney çıkışını tutan başlangıçtaki doğu-batı cephelenişinden, Vavari Burnu üzerinden çark ederek kuzey-güney yönünde bir hatta geldiler.

Diodorus'a göre Mısır Filosu Salamis Adası'nı batı tarafından dolaşarak Boğaz'ın kuzey tarafını tutmak için gönderilmiştir. Görünüşe göre Serhas Greklerin mücadele edeceğini beklemiyordu. Güneyden saldırdığına göre bir kısım Grek gemisi Boğaz'ın kuzey çıkışından kaçmaya çalışacaktı. Mısır Filosu'nun kuzey çıkışı tutmak için gönderilmesi, bir tuzak oluşturma girişimi gibi görülüyor. Ancak Herodot'ta bu bilgi yer almaz. Buna dayanarak günümüz tarihçilerinden bir kısmı Diodorus'un verdiği bu bilgiyi kabul etmemektedir. Bir kısım tarihçi de bir olasılık olarak görür.

Çark hareketiyle kuzey – güney yönünde bir düzen alan Pers Donanması gün ağarıncaya kadar saldırıya geçmeyip beklemiştir. Çekilmek gibi bir hesapları olmadığından Grek İttifakı Donanması geceyi savaş hazırlıklarıyla geçirmiştir. Themistokles'in bir konuşmasının ardından gemiler muharebeye hazırlandı. Herodot'a göre Grek gemilerinin denize açıldığı görülünde Pers gemileri hareketlenerek derhal saldırıya geçmiştir. Eğer Pers Donanması boğaza şafakta girdiyse Grek İttifakı Donanması'nın pozisyon almaları için zamanları olmuştur.

Eshilos, şafakta henüz Boğaz'a girmemiş olduklarını ima ederek Persler yaklaşırken Grek gemilerini görmeden önce onların savaş şarkılarını duyduklarını yazmaktadır.

Herodot, Atinalılara göre Korintlilerin savaş başladığında, amiralleri Adeimantus'un peşinde yelken açıp muharebeden çekildiklerini, Boğaz'ın kuzeyine doğru uzaklaştıklarını yazmaktadır. Fakat diğer Greklerin bu iddiayı kabul etmediklerini, çünkü Korint gemilerinin savaşa dönerek savaştıklarını görmüşlerdir. Aslında bu gemilerin, Boğaz'ın kuzeyinden dolaşarak Grek İttifakı Donanmasını kuşatmak için gönderilen Mısır gemilerini karşılamak için gönderilmiş olması da mümkündür. Ne olursa olsun Korint gemilerinin bu hareketi, Perslerin Grek İttifakı Donanması'nın çözüldüğünü düşünerek tüm güçleriyle saldırıya geçmesine neden olmuştur. Anlaşıldığı kadarıyla Mısır görev kuvvetini bir şekilde geri atmayı başarmışlardı.

Boğazda toplu halde muharebe düzeni almış olan Grek İttifakı Donanması'na doğru ilerleyen Pers Donanması giderek sıkışık ve düzensiz bir hal almaya başlamıştır. Diğer tarafta ise Grek İttifakı Donanması düzenli ve bir arada, muharebeye girmek için hazırdır. Ancak Grek gemileri ilk anda saldırıya geçmek yerine bunu göze alamamış gibi geri çekildiler. Plutarkhos'a göre bu, daha iyi bir pozisyona geçmek için yapılan bir manevraydı. Aynı zamanda uygun sabah rüzgarının çıkışına kadar zaman kazanmayı amaçlıyordu. Daha sonra tüm Grek İttifakı Donanması geri dönerek iyiden iyiye düzensiz hale gelmiş olan Pers Donanması hatlarına saldırdılar.

Muharebenin devamı konusunda günümüze ulaşan bilgiler pek çok eksik yön taşımaktadır. Bilinebilenlere göre, ilk hattaki Pers gemileri çarpışmada geri atıldılar. Geri çekilen bu gemiler ikinci ve üçüncü hatlardaki gemilerle çarpıştılar ya da tüm düzeni altüst ettiler. Muharebenin daha başlarında Pers Donanması'nın sol kanadına komuta eden Serhas'ın kardeşi Amiral Ariabignes öldürüldü. Ariabignes, Serhas'ın dört amiralinden biridir. Sefer sırasında Karya ve İyon filolarına komuta etmekteydi. Themitokles'in gemisine borda etmişti fakat göğüs göğüse boğuşmalar sırasında bir Grek askeri tarafıdan öldürülmüştür. Sol kanat lidersiz kalınca dağılma belirtileri göstermeye başladı. Sol kanttaki Atina ve Aegina gemileri Pers sağ kanadına karşı bir kanat hareketine girişmişlerdir. Bu manevra Pers Donanması'nın kanadını çevirmeyi başardı. Pers gemileri çekilmeye çalıştılar ama şiddetli rüzgar yüzünden gerideki gemiler tarafından sıkıştırıldılar. Herodot, en ağır kayıpların bu sırada verildiğini yazmaktadır. Pers kayıplarının büyük bir kısmı yüzme bilmediklerindendir. Burada soylu Pers ve Med ailerinde başka kişiler de hayatlarını kaybetmiştir. Grek kayıpları ise birkaç kişidir. Bu kayıplar da çatışmadan değil, bu birkaç kişi yüzme bilmiyordu. Bu kesimde Fenike Filosu geri atılırken birçok gemi karşı sahilde karaya oturmuştur. Diğerleri serbest manevra yapamayınca Grek gemileri tarafından bordalandılar.

Merkezde Grek gemilerinden oluşan bir yarma kuvveti Pers hatlarına sürüldü. Böylece Pers sağ ve sol kanadının irtibatı kesildi. Gemiler daha da sıkışık bir düzen aldılar ve deniz muharebesi taktikleri olan mahmuzlama ve bortalama için gereken "düşman" gemisini karşılama manevralarını yapamadılar. Tersine hızları düşmesinin de etkisiyle, mahmuzlamak için manevra yapan Grek gemilerinden bordalarını kurtaramadılar. Bazı gemiler mücadele etmeye çalışırken bir kısmı da kaçmaya çabalıyordu. Böylece sevk ve idare kaybedildi.

Herodot'a göre Artemisia'nın gemisi Atinalı oyun yazarı Eshilos'un kardeşi Ameinias komutasındaki bir gemi tarafından saldırıya uğradı. Artemisia'nın bu darbeyi savuşturma olanağı yoktur, karşısında diğer Grek gemileri vardı ve hatlarının en ilerisindeydi. Kurtulabilmek için Pers Donanması'ndan bir gemiyi mahmuzlayıp batırdı. Bu gemi, Kralı Damasithymus da içinde olduğu bir Kalinda gemisiydi. Böylece Ameinias, saldırdığı geminin bir Grek gemisi olduğuna karar vererek saldırı yönünü değiştirmiş, başka Pers gemilerine yönelmiştir. Oysa Artemisia'yı canlı getirene on bin drahmi ödül verilecekti. Grekler, kendilerine savaş açan bu kadına karşı çok hiddetliydiler. Tahtını kurdurduğu yamaçtan bunu izleyen Serhas'ın yanındakilerden birinin yanlış gözlemine kapılarak, Artemisia'nın bir Grek gemis