波斯陸軍繼續長驅直入，雅典採取堅壁清野的戰術，將所有雅典人和物資撤出雅典城。波斯大軍進入雅典後，即火燒雅典城，將全城化為灰燼。之後，波斯海軍和希臘艦隊也在薩拉米斯（Salamis）開始對戰。在開始對戰之前，波斯海軍經過兩次風災，已經有所折損，但仍有絕對的優勢。雅典的首席執政官塞密斯托克利（Themistocles），努力說服希臘聯軍將戰場放在薩拉米斯，而不是繼續將戰場往後退。波斯的海軍的兵力是戰艦600艘，希臘艦隊的兵力則是戰艦350艘。交戰開始，波斯艦隊看到希臘艦隊變換陣形，被誤認是膽怯畏敵，因搶攻而陣形大亂，希臘艦隊大敗波斯海軍中的主力腓尼基艦隊。波斯艦隊正欲撤退時，遇上了自己後方的艦隊，由於海道狹窄而擠成一團，甚至彼此自相殘殺。在塞密斯托克利下令希臘艦隊向敵人猛攻時，腓尼基艦隊被殲滅，其他的波斯艦隊也失去鬥志，四散奔逃。波斯損失慘重，王公貴族戰死很多，戰艦折損兩百艘。這一役帶給澤爾士王莫大的心理威脅，害怕波斯的軍事威望在這一役受到損傷，會使得後方被征服的人民起而反抗，斷其歸路，於是立刻秘密引兵東歸。