Однако ряд греческих государств готовился к борьбе. Теперь, когда на карту было поставлено само существование независимой Греции, не только Афины, но и Спарта активно в нее включилась. В 481 г. до н. э. создается общеэллинский союз с центром в Коринфе, возглавляемый Спартой: формируется союзный военный совет, разрабатывающий планы военных действий. Несмотря на морское превосходство Афин, верховное командование и сухопутными силами, и флотом вручается Спарте.
Когда в Грецию прибыла весть, что огромная персидская армия во главе с Ксерксом выступила из Малой Азии, в Афинах было принято решение вернуть политических изгнанников, прежде подвергавшихся остракизму. Аристид был даже избран одним из десяти стратегов 480 г. Первоначально решено было встретить персидскую армию, двигавшуюся тем же путем, что и Мардоний в 492 г., на севере Греции, на границе Фессалии с Македонией, где в Темпейском ущелье была удобная позиция для преграждения пути противнику. Однако авангардный отряд греков, в составе которого был и Фемистокл, выяснил, что сосредоточивать там греческие силы опасно: преобладающая часть фессалийских общин не склонна была ввязываться в опасную борьбу и рассчитывала покорностью обеспечить себе спасение от грабежей и насилий персидских войск. Соседняя Македония оказала персам дружественный прием. Поэтому было решено встретить персов на границе Северной и Средней Греции, у Фермопил. Горы в этом месте близко подходили к морскому берегу, и узкий проход было легко защитить. Некогда жители Фокиды, страдавшие от набегов фессалийцев, построили здесь оборонительную стену, и остатки этих укреплений греки намеревались теперь использовать. Одновременно с действиями сухопутной армии планировались операции флота у о. Эвбея, чтобы персы не могли прорваться через пролив Эврип и оказаться в тылу греков.
Поскольку позиция у Фермопил была оборонительной, сюда первоначально решили направить небольшую часть объединенной греческой армии — всего примерно 7000 человек, в том числе 300 спартанцев во главе с царем Леонидом. По преданию, Леонид, сознавая опасность предстоящего дела, взял в свой отряд только тех спартанцев, у кого были сыновья. Предполагалось, что вслед за этой группой будут посланы подкрепления. Однако этого не было сделано, хотя Леонид просил о помощи. Спарта, как это нередко с ней случалось, опоздала.
Позиция у Фермопил давала возможность надолго задержать наступавшего врага, которому здесь негде было развернуть свои силы. А эта задержка могла бы вынудить персов к отступлению из-за трудности снабжения. Но беда заключалась в том, что кроме прохода через Фермопильское ущелье на юг вела еще одна горная дорога, известная местным жителям и, возможно, персидской разведке. Леонид на всякий случай послал туда отряд из 1000 фокидян. Когда несколько попыток персов пробиться через Фермопильское ущелье было отбито, отборный отряд, включая персидскую гвардию, двинулся в обход по горной дороге; предатель из местных жителей вызвался быть проводником. Это движение осталось не замеченным греками; стоявшие у выхода фокидяне не видели врага до последней минуты, так как его прикрывал росший вдоль склонов горы лес.
Застигнутые врасплох, они не оказали сопротивления, а персы, стремившиеся к своей цели— зайти в тыл защитникам Фермопильского ущелья, позволили им разбежаться.
Когда Леонид узнал о случившемся, он отпустил часть своего отряда, а сам со спартанцами, фиванцами и некоторыми другими греками остался на месте и принял на себя вражеский удар. Греки дрались с мужеством отчаяния, зная, что пути к отступлению нет, и дорого продали свою жизнь. Леонид и все оставшиеся с ним погибли. Задержав наступление врага, они дали возможность провести мобилизацию греческих сил, подтянув их к Истму, и эвакуировать Аттику.
Одновременно со сражением у Фермопил происходили активные действия флота у Эвбеи.
Шторм причинил значительный урон персидскому флоту, стоявшему на якоре у плохо защищенного побережья Магнесии, а затем и эскадре, пытавшейся пройти на юг вдоль восточного побережья Эвбеи. Столкновения морских сил велись с переменным успехом, обе стороны понесли значительные потери. При получении вести о гибели отряда
Леонида дальнейшее пребывание греческого флота здесь теряло смысл, и он отошел на юг, к Сароническому заливу.