Сражение продолжалось в общей неразберихе, поскольку ни персы, ни эллины более не соблюдали боевой строй, а вклинившиеся в это скопище судов ионяне и карийцы сами очень скоро рассеялись кто куда. Со стороны варваров не было единоначалия, ибо главные персидские навархи погибли, а военачальники ионян и карийцев подавали сигналы лишь своим триерам при выполнении того или иного маневра. И все же схватка у мыса Киноссема показала эллинам, с каким сильным врагом им пришлось иметь дело.
Карийцы потопили шестнадцать эллинских триер, в том числе девять афинских и три спартанских. Ионийцы уничтожили семь афинских триер и пять пелопоннесских. Среди ионийцев особенно отличился самосец Феоместор, сын Андродаманта, который не только захватил афинскую триеру, перебив ее команду, но и сумел вывести плененный корабль из сумятицы битвы.
За этот подвиг персы впоследствии сделали Феоместора тираном Самоса.
Другой самосец, Филак, сын Гистиея, потопил корабль афинского наварха Мнесифила. За это персы внесли его в список самых близких друзей Ксеркса; таких царских приближенных варвары называют оросангами.
Однако успехи ионян и карийцев не смогли повлиять на ход сражения, поскольку финикияне и киликийцы, неся большие потери, продолжали отступать, смещаясь все ближе к мысу Киносура. Там персидские суда угодили под удар эгинских и мегарских триер, которые к тому времени успели разбить и обратить в бегство корабли ликийцев.
У мыса Киносура завязался беспорядочный бой. Одни суда варваров спасались бегством от эгинцев, стремясь обогнуть мыс, другие сталкивались с ними, двигаясь от мыса Киноссема. Эгинцы и мегарцы безжалостно топили вражеские корабли, используя таранный удар в борт. От них не отставали эвбейцы, развернувшие свои триеры длинной цепью, пытаясь прижать суда персов к скалистому берегу Киносуры. Отступая под натиском эвбейцев, несколько персидских кораблей село на мель, иные напоролись на подводные камни.
Окончательный перелом в сражении наступил, когда обратились в бегство ионяне и карийцы. Лишенные всякой поддержки ионийцы и карийцы оказались в труднейшем положении под натиском афинских и пелопоннесских триер. Более двадцати их кораблей было потоплено, многие суда получили сильные повреждения.
Узость Саламинского пролива не давала возможности ионийцам и карийцам в полном блеске показать свое мореходное искусство. Но в еще большей мере теснота пролива затрудняла бегство большого количества кораблей. Сталкиваясь бортами, суда варваров ломали весла и становились легкой добычей эллинских триер, которые преследовали врагов подобно стае голодных волков.