Морское сражение, состоявшееся между двадцатым и тридцатым сентября 480 года до н.э., продолжалось целый день, и к ночи потерявший половину судов персидский флот был рассеян. Успех греков определился тем, что им удалось свести на нет превосходство противника как в численности, так и в мореходном искусстве, причем если достигнут успех был в ходе боя, то его предпосылки созданы еще раньше. Эллины ввели врагов в заблуждение, создав у тех впечатление, будто они отступают на северо-запад по проливу между Мегарой и Саламином, и это заставило персов совершить сразу две роковые ошибки. Во-первых, они отделили часть армады чтобы перекрыть выход из пролива и, таким образом, вывели значительные силы из боя. Во-вторых, оставшимся кораблям Ксеркс приказал войти в пролив между Саламином и побережьем Аттики и плыть всю ночь, в результате чего к утру экипажи его кораблей были измотаны, а сам флот заперт на ограниченном пространстве. В описании деталей сражения древние источники расходятся, но представляется весьма вероятным, что 350 эллинских трирем атаковали, выстроившись в две линии, причем каждая растянулась на ширину пролива, составлявшую около двух миль. Персы, даже если бы они сумели выстроить свой зажатый между островом и материком флот в боевой порядок, не могли одновременно ввести в сражение намного больше кораблей, чем греки. У Геродота и Эсхила, не говоря уж о позднейших источниках, ход самой битвы освещается довольно скудно, однако несомненно, что основой эллинской тактики было использование тяжелых судов для нанесения таранных ударов. Греки, чьи семьи укрылись на Саламине и побережье Пелопоннеса, сражались с мужеством отчаяния и сумели обратить в бегство многоплеменную вражескую армаду, хотя даже после завершения битвы численное превосходство оставалось за персами. Однако завоеватели пали духом, и спустя несколько дней Ксеркс в сопровождении шестидесятитысячной личной гвардии отплыл на родину, поручив ведение войны своему наместнику Мардонию, оставшемуся в Греции с немалыми сухопутными силами. Таким, в основных чертах, представляется нам ход Саламинской битвы.
Два чрезвычайно важных достижения — то, что битва состоялась именно в Саламинском проливе, и то, что она оказалась победоносной, — следует признать личной заслугой Фемистокла. Именно он и разработал план сражения, и убедил прочих эллинских вождей принять его. Не случись этого, греки или отказались бы от сражения, или проиграли его, что в долгосрочном историческом плане означало одно и то же — окончательную победу персов и гибель во младенчестве зарождавшейся западной культуры. Никто, кроме Фемистокла, не сумел бы возглавить объединенный греческий флот и направить его на защиту Афин.