Самым важным пунктом в позиции греков был залив Артемисий, названный так по маленькому храму богини Артемиды, стоявшему на мысе в северной части острова Эвбея. Этот остров, доказавший свою важность во время первой персидской кампании Дария, защищал Аттику и остальную Грецию от вторжения с севера. Лишь немногие из морских командиров были настолько безрассудными, что рисковали своим флотом у его незащищенного восточного берега, особенно когда дует северный ветер. Очевидное решение – пройти через Артемисий и дальше по узкой полоске воды, отделяющей Эвбею от Аттики. Поскольку флоту предстояло основную часть времени идти на веслах, было нетрудно определить, что корабли вторжения (скорость которых будет, вероятнее всего, ограничена примерно полутора узлами) должны будут постоянно держаться под защитой Эвбеи. Иными словами, Артемисий – ключ ко всей военно-морской кампании. И две сотни греческих трирем, среди которых были и афинские, и пелопоннесские корабли, были поставлены, чтобы охранять вход в пролив.
После ухода из Темпейской равнины греческие позиции в Артемисии находились под угрозой с севера. Было еще одно место на материковой Греции, где военные силы могли не пропустить персидскую армию. Это узкий Фермопильский проход, через который персы должны были пройти, чтобы захватить Аттику и отрезать греческий флот в Артемисии от базы.
Снова было, как и во время предыдущего сражения, полнолуние. Но на этот раз спартанцы признали, что нависшая над Грецией опасность слишком велика, чтобы поставить религиозный долг выше военного. Тем не менее они были готовы послать только одного царя (в Спарте их было два) и ограниченный военный контингент. Оставив своего коллегу в Спарте, царь Леонид с отрядом телохранителей из 300 спартанцев и 2000 илотов, не имевших права голоса представителей самого низкого класса, выступил на север. Леонид также взял с собой 2000 человек из Аркадии и 700 – из Беотии. Таким образом, имея при себе около 4000 человек, спартанский царь Леонид намеревался удержать Фермопилы.
Вскоре после того, как спартанцы заняли позиции, Ксеркс, разославший лазутчиков по всей стране, отправил всадника, чтобы узнать, как много воинов ожидает его у Фермопил и какова их дислокация. Гонец вернулся и поведал потрясенному монарху, что силы противника на удивление малы. Они не только не попытались схватить его, но вообще не обратили на него внимания. Он увидел, как «одни из них занимались телесными упражнениями, другие расчесывали волосы». Выслушав своего человека, Ксеркс решил, что он шутит или лжет. Он послал за греческим ренегатом по имени Демарат, который заверил его, что это обычное поведение спартанцев. «Эти люди пришли сюда, чтобы сражаться с нами за этот проход, и они готовятся к битве. Таков у них обычай: всякий раз, когда они идут на смертный бой, они украшают себе головы».