In Augustus 480 v.C. het Leonidas die magte van Ahasveros by Thermopylai tegemoetgegaan met 'n klein mag van 300, waar die magte van ander Griekse stadstate hul by hom geskaar het, en hulself onder sy bevel geplaas het om 'n mag van tussen 4 000 en 7 000 sterk te vorm. Hy het slegs 300 Spartane geneem, want om die hele Spartaanse mag op te roep, sou hy die instemming van die Raad benodig, wat hy oortuig was nie met hom sou akkoord gaan nie. Daarom het hy 'n klein getal gekies, en gesê dat dit sy persoonlike keuse was en nie verteenwoordigend van Sparta in enige opsig nie. Hierdie mag is saamgeroep in 'n poging om die bergpas van Thermopylai te verdedig teen 'n kolossale Persiese mag van tussen 80 000 en 290 000 bewapendes wat Griekeland uit die noorde binnegeval het onder aanvoering van Ahasveros. Leonidas het slegs sy persoonlike lyfwagte geneem, en nie die weermag nie, want die meerderheid van die Spartaanse mag het saamgewerk met Griekse vlootmagte wat saamgetrek het teen die Persiese vloot. Dit sou dan teenstrydig wees met die siening dat die Spartaanse weermag weens geloofsvoorskrifte nie afgevaardig kon word nie.
Een siening, soos deur Herodotos weergegee, is dat Leonidas die oorblywende troepe onder sy aanvoering verdaag het omdat hy oor hul veiligheid besorg was. Die koning sou dit wys ag om die Griekse troepe te spaar vir toekomstige konflikte teen die Perse, terwyl hy geweet het dat die Spartane nooit hul pos op die slagveld sou verlaat nie. Die soldate wat agtergebly het, sou ook die terugtrekkendes teen die Persiese ruitery beskerm. Herodotos self het geglo dat Leonidas die opdrag gegee het omdat hy die bondgenote as ontmoedig beskou het, en onwillig om die gevaar tegemoet te gaan, 'n doelwit waarvan hy self oortuig was. Hy het daarom verkies om al die troepe te verdaag behalwe die Thespiërs en Helote, om self die Spartaanse eer gestand te doen.
Die tombe van Leonidas is vandag in die noordelike deel van die moderne dorp Sparta. Verder is daar 'n moderne monument opgerig by die ligging van die Veldslag van Thermopylai, genaamd die "Leonidasmonument", tot sy eer. Dit bestaan uit 'n bronsstandbeeld van Leonidas, met 'n teken onderaan wat lui: "Μολών λαβέ" ("Kom kry hulle!"), die uitroep van die Spartane toe die Perse hulle gevra het om hul wapens neer te lê. Die heldekultus van Leonidas het in Sparta oorleef tot die era van die Antonine.