Лишь во второй половине дня Леотихид подал сигнал к наступлению. Так началось удивительное морское сражение, когда оба противоборствующих флота находятся на берегу, а греческие гребцы наблюдают за происходящим словно с трибуны стадиона. Стараясь удержать греческие фаланги как можно дальше от их кораблей, персы вышли из укрытия и расположили своих лучников и легковооруженных воинов за целым частоколом из сплетенных, тесно прилегающих один к другому щитов. По мере продвижения афинян спартанцы на правом фланге постепенно отсекались от общего фронта, все глубже втягиваясь в ущелье. Вскоре они вообще пропали из вида. Тем временем передовые части греков оказались в зоне досягаемости персидских лучников. Не уступая боевым патриотическим духом Фемистоклу, Ксантипп решил продолжать наступление – со спартанцами или без них. Передав по линии фронта: «делай, как я», он возглавил атаку, в результате которой стена из щитов была сметена, и греки оказались в непосредственной близости от импровизированного эллинга. Поначалу персы пытались сопротивляться, но слабость защитных доспехов ставила их в рукопашном бою в заведомо невыгодное положение. Поломав строй, они повернулись и скрылись в эллинге.
Но греки следовали за ними по пятам. Ведомые Ксантиппом и его афинянами, они ворвались внутрь укрытия и, раздробив персов на отдельные группы, принялись методично подавлять сопротивление. Теперь персы сражались в одиночку: ионийцы и другие греки – подданные Ксеркса перешли на другую сторону. И решающий удар нанес именно находившийся дотоле в тени правый фланг греков. Одолевая крутизну скал, спартанцы выбрались наконец на склон, нависающий над береговой полосой, куда персы вытащили корабли, и обрушились на эллинг сверху. Множество персов были убиты, уцелевшие либо сдались на милость победителя, либо ушли горными тропами в Сарды. Там им предстояла незавидная доля сообщить о случившейся катастрофе самому Ксерксу.
В тот же вечер торжествующие победу греки премию за доблесть присудили коллективно – афинянам, а индивидуально Гермолику-чемпиону. Пелопоннесцы оказались на втором месте, о спартанцах же никто даже не упомянул. Встал серьезный вопрос, что делать с персидскими судами. Людей, чтобы эвакуировать их, у греков не хватало, а оставлять врагу нельзя. И тогда греки, предварительно обчистив персидские триеры до нитки, устроили из них грандиозный костер. Дерево и смола полыхали, как факел, а в конце концов пламя охватило и эллинг. Зарево, освещавшее в ту ночь угрюмые склоны горы Микале, стало для азиатских греков маяком победы и свободы.
Через несколько дней из Греции появились гонцы с вестью о том, что союзная армия нанесла сокрушительное поражение великой армии Ксеркса на равнинах близ Платеи. Завоевательной экспедиции персидского царя пришел конец: греки были свободны. Когда об этом стало широко известно, азиатские греки обратились к Леотихиду с предложением создать союз во главе со Спартой. В случае согласия Спарта в ближайшие годы окажется втянутой в войну на море, ибо, конечно же, Царь царей не отпустит на волю свою богатейшую провинцию – Ионию просто так, без жестокой борьбы. Поэтому Леотихид выдвинул контрпредложение: ионийцы оставляют свои города в Азии или недалеко от азиатского побережья и морем возвращаются в свои старые родные края. Портовые города, где живут греки-изменники, сдавшиеся Ксерксу, освобождаются от их присутствия и передаются ионийцам. Ксантипп и афиняне выступили против. Они заявили, что в Ионии издавна селились жители Афин и никто не вправе лишать ионийцев тех городов, что основаны ими в далекие времена. По их настоянию греки с Самоса, Лесбоса, Хиоса и других островов присягнули на верность общему союзу.
При том что сезон мореходства заканчивался, греческий флот, усиленный теперь ионийцами, отправился с Самоса в последний свой поход. Преодолевая встречный ветер, он шел на север, где предстояло смести построенные Ксерксом понтоны. Но греки опоздали – их и без того смыло штормами. От местных осведомителей Леотихиду стало известно, что новые поставлены в Сесте, городе на европейской стороне Геллеспонта. За его высокими стенами укрываются персидские силы всего этого района. Не решаясь штурмовать их, Леотихид дал команду к отходу в Грецию.