Одновременно происходил трехдневный морской бой у мыса Артемисия. Пользуясь пассивностью персов, частью сил, совершавших обходный маневр, греки в течение двух дней успешно атаковали противника. На третий день персидский флот атаковал греков, занявших в узком месте пролива удобную для обороны позицию, вследствие чего персы не могли использовать свое численное превосходство И в конечном итоге вынуждены были отступить. Ночью греки получили сведения о форсировании персами Фермопильского прохода и в связи с этим отступили к острову Саламину. Прорыв Фермопил предрешил отступление греческого флота из пролива.
Ворвавшись в Среднюю Грецию, персидские полчища грабили и разоряли ее. Афиняне покинули Аттику, перейдя на остров Саламин. Спартанцы требовали, чтобы оборона была перенесена на последний рубеж - Коринфский перешеек, который они усиленно укрепляли. По вопросу использования греческого флота между Спартой и Афинами существовали разногласия. Спартанцы требовали, чтобы флот оборонял берега Пелопоннеса, афиняне настаивали на сосредоточении всех морских сил у острова Саламина, мотивируя это наличием здесь удобной позиции для морского боя.
В 480 году до н. э. у острова Саламина произошел морской бой. По сведениям Геродота, греческий флот насчитывал 358 судов, но и на этот раз персы имели значительное превосходство. Ксеркс решил окружить флот греков и выделил 200 судов для заграждения всех выходов из Саламинского пролива. Вслед за этим главные силы персидского флота атаковали греков. Однако в узком проливе персы не смогли использовать свое численное превосходство; греки хорошо знали фарватер, корабли их были подвижны и хорошо маневрировали. В результате этих преимуществ греков персидский флот был разбит, а его остатки поспешно отступили. Заслуга Фемистокла, командовавшего флотом, состояла прежде всего в том, что он искусно воспользовался узким проливом для того, чтобы лишить противника возможности использовать свое численное превосходство; кроме того, он сумел, используя маневренность греческих кораблей, уничтожить персидский флот по частям.
Эта победа имела большое значение: теперь греки могли легко прервать коммуникации персидской армии; опасаясь этого, Ксеркс с частью войск ушел из Греции, оставив там значительные силы под командованием Мардония. Саламинский бой был переломным моментом в ходе войны. Эта первая морская победа греков над персами способствовала сплочению греческих полисов. Для борьбы с персами теперь объединились уже 24 греческих полиса, имевших крупные силы на суше и на море.
Войско персов зимовало в Фессалии и угрожало новым вторжением в Аттику. Обстановка требовала от греков перехода в контрнаступление, предпосылки успеха Которого создала Саламинокая победа, лишившая сухопутную армию персов возможности опираться на свой флот. В отношении стратегического плана у греков не было единства: афиняне требовали от спартанцев выделения крупных сил для перехода в контрнаступление против Мардония, спартанцы же, уклоняясь от участия в сражении, настаивали на организации морского похода к Геллеспонту с целью прервать коммуникацию персидского войска и этим вынудить Мардония к отступлению без боя.
В 479 году до н. э. персидское войско вновь вторглось в Аттику и заняло Афины. На этот раз у греков сложилась благоприятная обстановка для перехода в контрнаступление. Во-первых, спартанцы, опасаясь заключения афинянами сепаратного мира с персами, выставили крупные силы, и союзная греческая армия имела 8 тысяч гоплитов и такое же число легко вооруженных пехотинцев. Во-вторых, ионийцы сообщили, что они готовы оказать поддержку грекам на море; следовательно, обстановка была благоприятной и для перехода в контрнаступление против персидского флота. Принятый греками стратегический план заключался в том, чтобы нанести персам поражение на суше и на море. Для решения этих задач греческая армия сосредоточилась у Платей, а флот двинулся к берегам Малой Азии. В один и тот же день произошло два боя: бой в Беотии при Платеях и морской бой у берегов Малой Азии у мыса Микале, которые решили исход войны в пользу греческих полисов.
Особенности боя у Платей, происшедшего в 479 году до н. э., заключались в следующем: греки, с целью использования силы своей фаланги, стремились прежде всего дать оборонительный бой и вызвать этим Мардония на наступление. Персы, надо полагать, не имели значительного численного превосходства, что и определяло осторожные действия Мардония, не решавшегося атаковать греков. В составе персидского войска были и отряды греческих полисов, признавших власть персов.