Основная часть греческого войска была поставлена защищать так называемые Средние ворота. Остальные солдаты разместились высоко в горах, где проходила узкая лесная тропа, тянувшаяся к ущелью.
Некоторое время персидский царь стоял к северу от Фермопил, полагая, что вскоре небольшой греческий отряд благоразумно отступит. Однако шли дни, а войско Леонида и не думало уходить из прохода. На пятый день Ксеркс двинул на передовой отряд греков мидян, но все атаки последних были отбиты. Тогда в бой пошли «бессмертные». И они не смогли преодолеть оборонительные ряды эллинов. В узком проходе «бессмертные» не могли использовать численного превосходства, в единоборствах же греки оказывались сильнее. Несколько раз защитники начинали вроде бы отступать, но затем, в разгар погони за ними, неожиданно разворачивались и отбрасывали противника.
К несчастью, среди греков нашелся предатель. Звали его Эфиальт. Он показал персам обходной путь к Фермопилам. «Бессмертные» опрокинули фланг защитников и устремились по показанному Эфиальтом пути на тропу, где располагался небольшой отряд под руководством Леонида. Тем уже было известно, что противник идет в обход. Леонид отослал своих союзников, не желая, чтобы Греция потеряла столько солдат. Сами спартанцы остались. Порядки в их городе были таковы, что отход с занятой позиции покрыл бы их несмываемым позором. Кроме них, не пожелали отступать и жители города Феспии, но основная слава досталась тремстам спартанцам.
Эллины встретили врага у выхода из теснины, с ожесточением отражая натиск многочисленных персидских отрядов. Когда у греков ломались копья, они рубили мечами, если ломались мечи, они с отчаянной храбростью действовали кулаками и зубами. Пал сам Леонид, и над его телом завязалась жестокая схватка. Четыре раза обращали спартанцы в бегство персов, старавшихся завладеть телом доблестного вождя. Все меньше и меньше оставалось в живых греков, но и множество персов погибло под Фермопилами. Два брата Ксеркса были убиты в этом знаменитом сражении.
Греки постепенно отступили за теснину и ограждавшую ее стену. Здесь после отчаянной последней схватки они все до одного были перебиты. Ксеркс приказал отыскать труп Леонида и обезглавить его.
В течение нескольких дней греки отбивали атаки персов у Фермопил. В это время греческий флот сумел отойти к Афинам. По всей видимости, если бы персы быстро прорвались в Среднюю Грецию, под давлением с моря и суши греческие триеры погибли бы вместе с экипажами.
Но оборона Фермопил имела, кроме стратегического, и огромное патриотически-воспитательное значение для греков – как современников описанных событий, так и последующих поколений. Впоследствии на месте исторической битвы был установлен памятник в виде льва, на котором были начертаны слова поэта Симонида:
Спартанец, посланный Леонидом за подкреплением и таким образом оставшийся в живых, через некоторое время покончил с собой.
Пройдя Фермопильское ущелье, персы вошли в центральную часть Греции. Беотия немедленно подчинилась завоевателям. Основные силы греков в это время находились у Истма. В этой ситуации граждане Афин пошли на крайние меры, приняв план Фемистокла: все боеспособные мужчины сели на корабли, отправив жен, детей и стариков на о. Саламин и в соседнюю Трезену. Захватив крупнейший город Греции, персы предали его разорению, сжигая дома и разрушая храмы (некоторые памятники увезли в Персию).
Спартанцы продолжали убеждать остальных членов союза в том, что оборону надо вести на Истме, а флот отвести к Пелопоннесу. Однако Фемистокл, веря в афинский флот, настаивал на морском сражении поблизости от берегов Аттики. Оно и произошло у острова Саламин 23 сентября 480 г. до н. э.
Персидский флот состоял более чем из семисот боевых судов и в два раза превышал по численности греческие корабли. Фемистокл опасался блокады своего флота персидским, пока мощный сухопутный контингент противника будет высаживаться на суше, позади защитников перешейка. Поэтому он послал Ксерксу секретное сообщение, предупреждая его, что если персидский флот атакует, афиняне присоединятся к персам и остаток греческого флота уйдет. Ксеркс приказал флоту начать движение этой же ночью. Пока египетский контингент войск блокировал западный выход южнее Саламина, основной флот – 500 судов – выстроился в линию для сражения в районе восточного входа в пролив. Перед рассветом в полной тайне персидский отряд высадился на островке Пситаллия. На материке, сидя на золотом троне и просматривая весь пролив с горы, Ксеркс приготовился наблюдать сражение.