Греческая армия шла в Фермопилы. Истм и Аттика остались позади, войска вступили в Центральную Грецию. Подойдя к Фивам, Леонид дал воинам время на отдых, а сам отправился в город. Царь знал, что фиванцы дали Ксерксу «
Это заявление поставило фиванцев в очень неудобное положение, поскольку, с одной стороны, они уже считались подданными Ксеркса, а с другой стороны – в окрестностях города стояла армия Эллинского союза. Персы были далеко, земляки-греки – рядом. Местные власти решили из двух зол выбрать меньшее и объявили о том, что 400 фиванских гоплитов отправятся в Фермопилы. Большего Леониду было и не надо. Не рассчитывая на высокую боеспособность фиванцев, он мог держать при себе этих людей в качестве заложников. Ночь царь провел в храме Геракла, а на рассвете поднял войска и продолжил поход к Фермопильскому ущелью. По пути к отряду Леонида присоединились опунтские локры, феспийцы и фокейцы, значительно увеличив численность союзной армии.
Солнце палило нещадно, клубы пыли окутывали марширующих бойцов, но царь вновь велел гоплитам ускорить шаг, торопясь занять ущелье раньше персов. Вскоре вдалеке показалась вершина Калидромона. Миновав селение Альпены, войска вступили в Фермопильский проход, прошли мимо холма Колон и продолжили движение по ущелью. Справа плескались волны Малийского залива, слева мрачно высились Трахейские скалы. Когда впереди появилась полуразрушенная фокейская стена, Леонид приказал остановиться и разбивать лагерь. Царь ждал возвращения разведчиков, посланных к Анфелам.
Лазутчики вернулись и доложили, что персов поблизости нет. Отдав необходимые распоряжения, Леонид решил лично осмотреть место предстоящей битвы, прошел вдоль ущелья и вышел на берег реки Асоп. Царь внимательно изучал местность, прикидывал, где и как можно расположить войска. Потратив на рекогносцировку несколько часов, Леонид вернулся в расположение войск. Он уже знал, как будет действовать, и в общих чертах представлял, как развернется грядущее сражение.
На рассвете в греческий лагерь пришел человек из Альпены и рассказал о том, что через горы есть тропинка, ведущая в тыл защитникам Фермопил. Это резко усложняло стратегическую обстановку. Леонид подробного расспросил местного жителя об этой тропе и принял решение. Вызвав стратега фокейцев, царь приказал ему идти за проводником по тропе, найти удобное для обороны место и наглухо перекрыть персам путь в тыл греческой армии. Фокейцы ушли, а Леонид собрал остальных военачальников и стал объяснять им свой план действий. А на следующий день появились персы.
Это были передовые части армии Ксеркса. Остановившись на некотором расстоянии от ущелья, азиаты стали возводить лагерь, ожидая подхода главных сил. Греческие разведчики, расположившись на склонах гор, и внимательно отслеживали все передвижения противника. Персидские войска все прибывали и прибывали, заполняя равнину перед Фермопилами. Когда же в глубине лагеря поставили огромный царский шатер, стало ясно, что вскоре прибудет Ксеркс. По ночам огромное зарево от тысяч вражеских костров бушевало над равниной, вселяя страх в сердца защитников ущелья.
Эллины действительно не на шутку перепугались. Дошло до того, что все воины с Пелопоннеса, за исключением лакедемонян, предложили покинуть позиции и уйти на Истм, и там организовать новую линию обороны. Это возмутило локров и фокейцев, поскольку в этом случае под удар попадали их земли. Страсти накалялись, а пришедший из Трахина человек срывающимся от страха голосом сказал, что если персы выпустят стрелы, то они закроют свет солнца. Спартанский военачальник Диенек выслушал эту речь и с насмешкой произнес: «
Тем временем в персидский лагерь прибыл Ксеркс. Царь был очень удивлен, узнав, что ущелье перекрыто греческой армией. Выслушав доклады военачальников, Ксеркс решил составить собственное представление о положении дел и отправил в Фермопилы своего человека. Лазутчик сел на коня и поехал к проходу. Покрутившись у входа в ущелье и убедившись, что греков поблизости нет, перс рискнул проехать до реки Асоп. Однако и здесь никого не обнаружил. Тогда он перебрался через речку и направил коня к Анфелам, надеясь выяснить, где же находятся греки. Но деревня была пуста, поскольку, узнав о приближении персов, все жители разбежались, и лазутчику ничего не оставалось делать, как продолжать путь.