Утром 28 сентября 480 г. до н. э. персидский флот начал наступление. После краткой речи Фемистокла корабли вышли в море. В трагедии «Персы» участник сражения Эсхил передаёт пеан (гимн), с которым греки вступили в сражение. После того как персидский флот вошёл в узкие проливы, его строй нарушился. Эллины начали притворно отступать, после чего повернули и атаковали ещё более нарушенный строй врага. Дальнейший ход битвы передан весьма схематично. Об общей неразберихе свидетельствует как участник сражения Эсхил в трагедии «Персы», так и Геродот. В частности, он приводит следующий эпизод с кораблём царицы Артемисии. Когда она очутилась в безвыходном положении между несколькими эллинскими судами, то решилась на экстраординарный шаг. Она приказала капитану атаковать союзный персам корабль. Начальник аттической триеры, как пишет Геродот, либо принял корабль Артемисии за эллинский, либо решил, что её корабль покинул варваров и перешёл на сторону эллинов, и прекратил преследование. В то время как союзные корабли уничтожали персов и обращали их в бегство, эгинцы заняли место выхода в Саронический залив и уничтожали бегущих. Персы потерпели сокрушительное поражение. В ходе битвы погиб брат Ксеркса Ариабигн (англ.). О величине потерь свидетельствует то, что на следующий после сражения год персы, согласно Геродоту, обладали уже не 1200, а 300 кораблями. Согласно труду немецкого адмирала Альфреда Штенцеля «История войн на море» потери персов составили около 200 кораблей, а греков — 40
