Наконец показался персидский флот и необозримой линией стал на якоре от Суниона до Фалерна. После сражения при Артемисие он подкрепил себя новыми кораблями с греческих островов и берегов и долго был занят опустошением Эвбеи. При виде такой страшной силы на греков снова напал страх и они неотступно требовали у Эврибиада третьего собрания военного совета. Большинство было опять за отступление. Тогда Фемистокл, для того чтобы остановить их и принудить к сражению, прибег к хитрости. Он незаметно оставил собрание, в котором ничего не мог более сделать, и послал верного раба по имени Сикинна, педагога (дядьку) его детей, под прикрытием ночи к Ксерксу и велел ему сказать: «Предводитель афинян на твоей стороне; ему приятнее было бы, чтобы ты выиграл сражение, а не эллины. Поэтому он извещает тебя, что эллины в страхе и совещаются о бегстве. Вы совершите блистательное дело, если не позволите им уйти; потому что они не единодушны и не будут оказывать никакого сопротивления, и вы увидите, как они сражаются между собой — те, которые за вас, и те, которые против вас».
По прибытии флота Ксеркс утром следующего дня держал с начальниками кораблей военный совет — дать ли морское сражение или нет. Сам он сидел на троне, а призванные князья и предводители каждый занимал назначенное ему почетное место: выше всех сидел царь Сидонский, потом царь Тирский и т. д. по порядку. Мардоний должен был обходить ряды и отбирать мнения, чтобы потом передать их царю. Все были за морское сражение, за исключением царицы Карийской, Артемисии, которая с пятью кораблями сопровождала флот от Галикарнасса. Она предложила самый лучший совет, а именно: идти сухим путем на перешеек; тогда неприятельский флот тотчас расстроится и без сражения, и таким образом будет уничтожено всякое сопротивление. Но Ксеркс, в гордом сознании победы, последовал совету остальных и решил дать сражение.
И вот, в тот самый день, когда делались приготовления к сражению, Сикинн приносит Ксерксу известие от Фемистокла. Ксеркс поверил словам неприятеля и повелел привести в исполнение его совет. Греки стояли со своими кораблями у берегов Саламина, в узком проходе между этим островом с одной стороны и берегами Аттики и Мегары с другой. Бухта, где стояли греки, представляет два узких входа, один — с запада, вдоль мегарских берегов, другой — с востока, от Пирея. Около полуночи Ксеркс велел западному крылу своего флота, состоявшему из финикийских кораблей, расположенных у Фалерна, обогнуть остров Саламин и войти в западный проход Саламинской бухты. Они расположились полукругом у входа в бухту, так что их правое крыло примыкало к Саламину и обогнуло левое крыло греческого флота. К их левому крылу должен был примкнуть с востока центр персидского флота. Составлявшие его кипрские, киликийские, ликийские и памфилийские корабли двинулись в бухту через восточный проход и соединились с финикийскими. Ионяне и карияне, помещавшиеся на левом крыле, стали в самом восточном проходе, так что они левым крылом прикасались к Саламину, правым — к центру. Таким образом, все расположение персов образовало большую дугу, которая вполне замыкала греческий флот. Корабли, не нашедшие себе места в боевой линии, были расставлены у обоих входов для подкрепления того и другого крыла, для того чтобы эллины ни в каком случае не могли прорвать линию и уйти. Все это произведено было ночью в такой тишине, что греки ничего не могли заметить.
Ксеркс приказал также в течение ночи устроить для себя на южном склоне горы Эгалея, далеко вдающейся в Саламинскую бухту, позади центра своего флота, возвышение, с которого он мог бы удобно следить за битвой своих кораблей. Вдоль берега расставлено было сухопутное войско; оно должно было принимать поврежденные в сражении корабли, защищать своих и истреблять неприятеля. С этой же целью был занят персидскими войсками и небольшой остров Пситталия, лежавший у восточных берегов Саламина.
В то время как персы готовились к сражению, греческие предводители все еще спорили в собрании о том, отступить им или остаться. После полуночи Фемистокл вышел из собрания; ему доложили, что какой-то человек желает переговорить с ним. То был Аристид. Он ночью приехал из Эгины, чтобы разделить опасность со своими согражданами и доставить им хоть свою личную помощь. Его изгнание было отменено — в эту опасную для отечества минуту все изгнанники были возвращены. Он сказал Фемистоклу, своему прежнему противнику: «Долго мы были соперниками друг другу, посоперничаем же теперь в услугах отечеству. Пелопоннесцы могут говорить об отступлении или нет — все равно. Ни коринфяне, ни Эврибиад ничего не сделают, Я плыл из Эгины, и мне стоило много труда избегнуть неприятельских кораблей. Мы заперты, сообщи это стратигам». Фемистокл открыл Аристиду, что это его дело, и ввел его в собрание, чтобы он сам объявил свою весть стратегам, так как его словам скорее поверят. Теносский корабль, перешедший на сторону греков, подтвердил новость, сообщенную Аристидом. Итак, греки принуждены были сражаться.
Рано утром 20 сентября греческие корабли расположились в боевом порядке против неприятельского флота, 375 кораблей и почти 70000 человек против 750 кораблей с 150000 экипажа. 200 афинских кораблей под начальством Фемистокла стали на левом крыле, против финикиян; на правом крыле, почетном месте в сражении, стал против ионян и кариян Эврибиад с кораблями Лакедемона, Коринфа, Эгины и Мегары — всего 106 судов. Остальные корабли поместились в центре. Незадолго до расположения в боевой порядок возвратился корабль, посланный в Эгину за изображениями Эакидов. Греки запели пэан (военную песнь), который далеко раздался в горах, и, одушевленные словами предводителя, Фемистокла, ударили в весла на врага с криком: «Вперед, потомки эллинов, спасайте отечество!» Тогда и персы подняли свой варварский военный крик и так стремительно пошли в атаку, что греки изумились и без приказания, держа корабли носом к неприятелю, пошли назад. Так как это отступление продолжалось значительное время, то корабли были оттиснуты к берегам Саламина, и упадок духа с каждым моментом возрастал все более и более. Аминий, афинянин, брат поэта Эсхила, положил конец позорному отступлению. Он велел своей триреме быстро двинуться вперед и носом своего судна врезался в приближавшийся к нему финикийский корабль. Теперь завязалась настоящая битва: афиняне поспешили на помощь к Аминию, а на правом крыле также бодро выступил против врага эгинский корабль, на котором были Эакиды, а за ним последовали и другие. Скоро по всей линии загорелась борьба, долго длившаяся с переменным счастьем. Наконец Фемистоклу удалось прорвать линию Финикиян и обратить их в бегство. Одни, чтобы по крайней мере спастись самим, бросились со своими кораблями к берегу материка, другие же отступили в центр боевой линии. Теперь Фемистокл с фланга сделал нападение на самый центр; один за другим было побеждено несколько кораблей, и один за другим обратились они к восточному входу. Тут, в узком проходе, произошла страшная давка. Корабли, стоявшие здесь в резерве и не бывшие еще в деле, хотели пробиться в бухту, чтобы не показаться бездействующими в глазах царя, который с Эгалея, окруженный придворными чинами и писателями, смотрел на сражение. Корабли же, бежавшие из бухты, встречаясь с ними, ломали их весла, даже пускали их ко дну, чтобы очистить себе дорогу. Больше всех работали тут эгинские корабли. Что ускользнуло от афинян в бухте, то перехвачено было ими у выхода.
Но на самом восточном крыле продолжалась еще жестокая борьба. Ионийские корабли держались храбро, храбрее, чем все остальные. Воззвание Фемистокла, которое он оставил им на берегах Эвбеи, не произвело на них никакого действия. Начальники финикиян, потерявшие свои корабли, явились к царю и жаловались ему, что ионяне дурно сражались и поставили их в такое положение, что они потеряли свои корабли. Между тем, пока еще они говорили это, Ксеркс увидел, как один ионийский корабль — из Самофраки — пустил ко дну аттический корабль, как потом он, пробитый эгинским кораблем, начал тонуть, и как тогда самофракийцы бросились на эгинский корабль, сцепившийся с их судном, и овладели им. Увидев это, царь велел отвести клеветников в сторону и снять с них головы. Фемистокл повел свои корабли против предводителя ионян, Ариавигна, Ксерксова брата. Под градом стрел и дротиков Аминий, плывший рядом с Фемистоклом, врезался своим кораблем в бок персидского адмиральского корабля. Ариавигн сам лично бросился на палубу корабля Аминия, но аттическое копье свергло его в море. Артемисия спасла труп царского сына от потопления. Преследуемая триремой Аминия, она обратилась в бегство, на пути столкнулась с кораблем, принадлежащим к персидскому флоту и пустила его ко дну. Аминий подумал, что она перешла на сторону греков и приказал остановить преследование. Ксеркс, со своей стороны видевший, как она потопила корабль, и думая, что это было неприятельское судно, велел воспеть ее геройский подвиг. «Мужчины сделались бабами, — говорил он, — но зато бабы стали мужчинами». Таким образом, от своей смелой решимости Артемисия получила двойную выгоду: она стала еще выше во мнении царя и спаслась от преследования афинян. Если бы Аминий знал, что она была на корабле, он не перестал бы преследовать ее, так как тому, кто доставил бы ее живую, афиняне обещали 10000 драхм награды — за то, что она, женщина, дерзнула бороться против афинских мужей.