Ранней весной 480 г. до н. э. начался великий поход Ксеркса на Элладу. Персы переправились по двум понтонным мостам через пролив Геллеспонт, причем переправа не обошлась без курьеза: сильное течение и волна разрушили один понтонный мост. Разгневанный Ксеркс как типичный восточный деспот, считающий себя повелителем не только людей, но и стихий, приказал наказать бичами воды Геллеспонта, для его усмирения в воду были брошены кандалы. Строители моста были обезглавлены. Пришлось возводить новый мост.
По заранее подготовленному маршруту персы благополучно прошли все фракийское побережье и Македонию. Греки первоначально предполагали держать оборону у узкого входа в Темпейскую долину (Северная Фессалия) и даже выслали туда 10–тысячный отряд, но, опасаясь измены симпатизирующей персам фессалийской аристократии, оставили оборонительные позиции и отступили.
Новым оборонительным рубежом было избрано узкое Фермопильское ущелье, по которому проходила единственная дорога из Фессалии в Среднюю Грецию. Здесь были построены оборонительные сооружения — стена, башни (их остатки обнаружены археологами). Сюда направился сводный отряд из 7,2 тыс. гоплитов, включая 300 спартанцев во главе с их царем Леонидом. Одновременно сильный греческий флот из 270 триер занял позиции около северной оконечности острова Эвбеи у мыса Артемисий. Оборона Фермопил и сражение у Артемисия преследовали ограниченные цели: проверить боевую готовность персов, с одной стороны, а с другой — сплотить в совместной битве союз греческих городов и возбудить ненависть к захватчикам. Пока не могло быть и речи о решающем сражении как на суше, так и на море — слишком ничтожны были силы греков по сравнению с армией Ксеркса. Поставленные цели были достигнуты. Оборона Фермопил превратилась в символ беспощадной и священной борьбы за независимость Греции. В боевом эпизоде у Фермопил во всем блеске проявились лучшие стороны греческой военной организации. Огромная армия персов в течение четырех суток штурмовала греческие позиции, защищаемые небольшим отрядом. Дело дошло до того, что устрашенные героическими действиями греков, персидские воины отказались идти в атаку и их по приказу царя погнали вперед бичами. Ксеркс был вынужден ввести в бой свою знаменитую гвардию, так называемых «бессмертных», что делалось в очень редких случаях. Но и «бессмертные» не могли сбить греков с их позиций. Леонид оказался блестящим тактиком. Он умело использовал местные условия и искусно построил свою оборону. В бою греки применяли маневрирование, ложные отходы назад, после чего вновь выстраивались в фалангу и наносили сокрушительные удары по наступающим врагам.
Ксеркс негодовал, но все было тщетно. Сложилась парадоксальная ситуация: самая подготовленная и большая персидская армия ничего не могла поделать с маленьким греческим отрядом. Ксеркса выручил предатель — фессалиец. За крупную сумму он показал обходную дорогу и вывел персов в тыл защитников Фермопил. Считая дальнейшую оборону бессмысленной, Леонид, чтобы спасти большую часть оставшихся воинов, приказал им отойти. На месте сражения остались лишь спартанцы, которым закон запрещал отступать с поля боя. К ним добровольно присоединились воины из городов Феспий и Фивы. После героического сопротивления все они пали в сражении, и стало ясно, что в Элладе Ксеркс встретит столь же доблестных защитников.
Над погребением спартанцев впоследствии был поставлен памятник — сидящий лев, на постаменте выбиты слова, сочиненные одним из лучших тогдашних поэтов Симонидом:
Одновременно с обороной Фермопил разыгралась морская битва у мыса Артемисий. В течение трех дней длилось сражение, но ни одна из сторон не добилась успеха. После гибели Леонида греческий флот отошел от Артемисия и вместе с кораблями других полисов встал около Афин напротив острова Саламин.
Пройдя Фермопильские теснины, огромная персидская армия наводнила Среднюю Грецию. Аттика была разграблена. Поскольку город Афины не имел крепких оборонительных сооружений и не был приспособлен к длительной осаде, его жители были эвакуированы в г. Трезены в Арголиде и на соседний остров Саламин. Сложное дело эвакуации, размещения и снабжения беженцев из Афин взял на себя аристократический Совет Ареопага, влияние которого на государственные дела сильно возросло. Оставленные жителями Афины были захвачены персами и преданы огню.