Попытка греков во главе со спартанским царем Леонидом блокировать персов в Фермопильском ущелье, не дав им прорваться в Среднюю Грецию, закончилась неудачей. Прорыв персов в Фермопилах привел к тому, что греческий флот, встретивший персидские корабли у мыса Артемизия и вступивший с ними в бой, вынужден был отступить на юг к берегам Аттики.
Очутившись в центральной Греции, персы вторглись в Аттику и в начале сентября 480 года захватили и разрушили Афины. Предвидя такое развитие событий, греческие полководцы незадолго до этого приказали эвакуировать гражданское население Афин на остров Саламин и на Пелопоннес. Туда же отступила и греческая армия. Союзный греческий флот, насчитывавший около 380 триер, укрылся у западного побережья Аттики в узком и извилистом, заполненном подводными камнями Саламинском проливе, разделяющем остров и материк.
Справедливо считая, что греческие сухопутные войска не могут противостоять огромной персидской армии, Фемистокл видел единственное спасение греков в уничтожении персидского флота, который обеспечивал поддержку персидских воинов в Греции и осуществлял связь армии Ксеркса с базами в Малой Азии. Разбить же мощный и многочисленный персидский флот в открытом море у греков не было ни малейших шансов. С большим трудом Фемистоклу удалось убедить спартанского главнокомандующего принять его план действий и отказаться от идеи направить флот на защиту побережья Пелопоннеса и Спарты.
Фемистокл и его сторонники считали, что позиция греческого флота в проливе очень выгодна, и если втянуть персов и их союзников в сражение, шансы на победу греков будут очень высоки. Греки прекрасно знали сложный фарватер пролива, а его узость лишала большие персидские корабли маневра и не давала использовать их численное превосходство.
План и надежды Фемистокла блестяще оправдались. К началу сентября 480 года персидский флот численностью около 800 галер по приказу Ксеркса блокировал греческие корабли в Саламинском проливе. Собственно, это был не персидский, а союзный персам финикийский и малоазийский флот, так как у персов своего военного флота никогда не было. 28 сентября 480 года флот Ксеркса стал входить в пролив, намереваясь окружить и уничтожить греческий флот.
В начавшемся морском сражении небольшие и быстроходные греческие триеры по команде триерархов стали легко маневрировать в знакомой акватории среди больших, тяжелых и неповоротливых финикийских галер, которые быстро загородили друг другу фарватер и сбились в неуправляемую, хаотичную массу, ломая свои собственные длинные весла. Осыпаемые тучей стрел, греки прикрывались бортами триер и щитами и брали корабли противника на абордаж, таранили их борта специальными остроконечными выступами триер, ломали им весла, не давая развернуться в боевой порядок.
В считанные часы греки разбили, потопили и пленили значительную часть финикийско-персидского флота, которым руководил брат Ксеркса Ариомен. По некоторым данным, персы потеряли около 200 кораблей, потери греков составили 40 триер. Оставшимся кораблям персов удалось вырваться в открытое море. Но продолжать сражение они уже не могли и вскоре ушли к берегам Малой Азии. Яркую картину сражения оставил потомкам в поэме "Персы" греческий драматург Эсхил, принимавший участие в этой битве.
Греки победили, но до окончания войны было еще далеко.
После поражения у Саламина Ксеркс, лично наблюдавший за сражением, с оставшимся у него флотом и частью армии покинул Грецию и вернулся в Азию. В Элладе, однако, остались значительные сухопутные силы персов под командованием полководца Мардония. Через год, в 479 году, в сражении при Платее в Беотии они были побеждены объединенным войском афинян и спартанцев под руководством Павсания и Аристида.
Спустя еще 30 лет греческий флот поставил окончательную точку в греко-персидской войне, разгромив союзника персов - финикийско-кипрский флот у одноименного города Саламин на восточном побережье острова Кипр.