花開兩朵，各表一枝。與溫泉關血戰同步進行的是在阿提米西塢的連續三天的海戰。希臘海軍集結在阿提米西塢的除了少量五十槳戰艦外，計有三列槳戰艦271艘。當希臘聯盟海軍發現波斯人的海軍如此龐大的時候，不禁想逃回希臘內地去。可是這樣顯然違背了優卑亞人的利益，因為他們的家小細軟都還沒有遷出該地。當他們不能說服聯盟海軍統帥、斯巴達人歐律比亞德時，就賄賂了雅典海軍統帥泰米斯托克利。這個泰米斯托克利可是個非同尋常的人物，雖然他沒有受過很好的教育，但在複雜的局勢前往往表現出卓越的分析和決斷能力。收了優卑亞人賄賂的泰米斯托克利想出一個計策：拿出優卑亞人賄賂他的一部分錢財，把所有反對他的人爭取了過來。這樣聯盟海軍便留了下來。

當波斯海軍看到希臘海軍在數量上絕不是他們的對手的時候，便想把希臘人一網打盡。他們派出由200艘戰艦組成的分隊，迂迴到歐里帕斯海峽以包圍對手。然而在古典時代的海戰中，運氣往往能成為雙方戰局天平上的不輕砝碼：希臘人不僅從波斯投誠者那裡得到了對手的計劃，從而採取了應付的對策，而且迂迴歐里帕斯海峽的波斯分隊的200艘戰艦也於當晚在外海毀於一陣猛烈的風暴。到第三天時，波斯將領因為害怕薛西斯發怒，主動把戰艦開出來與希臘戰鬥，而希臘人因為最近看到波斯戰艦大量毀於風暴，此時也有勇氣與波斯人較量一番。兩軍戰鬥了一天，勝負難分，但希臘人若是與波斯海軍拼消耗顯然是落於下風的，這讓他們產生了撤退到內地的想法。當溫泉關失守的消息的傳來的時候，他們毫不猶豫的撤退了。

攻取了溫泉關並擊退了阿提米西塢的希臘海軍後,波斯大軍迅速南下，一路燒殺搶掠，占領所有未向他們屈服的城邦，直至雅典。雅典人自度無法在陸地上阻擋波斯人，於是把家小細軟都轉移到了安全的地方，而聯盟海軍則應他們的請求駐紮在薩拉米斯。薩拉米斯島夾在希臘半島和伯羅奔尼撒半島之間，東面和希臘半島僅僅相隔一條海峽。整個海峽曲折狹窄，最寬闊的地方不過兩公里。集結在薩拉米海峽的戰艦除去少量五十槳戰艦外，共有三列槳戰艦378艘，其中提供了最多最好戰艦的則是雅典人：他們獨立提供了戰艦180艘。

當波斯大軍近在眼前的時候，希臘聯盟內部又產生了分歧。大部分來自伯羅奔尼撒的將領認為他們應當退到科林斯地峽去，在那裡為保衛伯羅奔尼撒而進行海戰；因為如果他們在薩拉米斯的戰鬥中被打敗，就會被包圍在島上。但如果在地峽附近進行海戰，那麼即使戰敗也可以逃到陸上。但這種決策顯然是違背雅典人利益的。泰米斯托克利為了把聯盟海軍留在薩拉米斯，從幾個方面對海軍將領曉以利害：他首先從戰術上分析，如果聯盟海軍在科林斯地峽附近的海面上與波斯人作戰的話，因為波斯海軍擁有數量優勢，他們很可能會被擊敗。一旦聯盟海軍被擊敗，不管科林斯地峽的防禦工事多麼堅固，都擋不住波斯數量龐大的陸軍，全希臘都有被波斯人奴役的危險。而如果在薩拉米斯海峽狹窄的海面上作戰，因為希臘人在戰術和勇氣上具備優勢。一旦擊敗波斯海軍，那麼不僅可以保衛雅典，而且可以保衛伯羅奔尼撒：沒有海軍提供補給，薛西斯是無法供給他數量龐大的陸軍的，這樣的話他只有倉皇撤退。當然，這並不足以讓其餘的希臘將領都戰勝可能被包圍在薩拉米斯海峽的恐懼，於是泰米斯托克利又拿出了一張王牌。他對不贊同他的將領說，如果不同意他的意見的話，雅典人將帶着他們的家小駛往意大利的賽里斯。這頓時讓所有的將領都感到恐慌：如果沒有雅典人的180艘戰艦，聯盟海軍是無論如何也無法對抗波斯海軍的。於是聯盟海軍統帥斯巴達人歐律比亞德終於暫時同意在薩拉米斯與波斯海軍決一死戰了。

侵入雅典的波斯海軍的具體數量難以說清，只能做大概的推斷：波斯大軍剛出發時集結的戰艦數是1200艘，在兩次風暴中損毀了600艘。在薛西斯進入歐洲後，他又從新近加入的城邦中大量徵發戰艦加入海軍，這個數字是難以具體計算。不過無論如何，波斯海軍比希臘人的378艘戰艦都有很大的數量優勢。

所有的波斯戰艦都集結在法勒倫港。薛西斯來到水師，打算聽取水師將領們對未來戰局的意見。他來到之後就坐到王位上去，應他之召從各船前來的諸民族將領也按照國王頒賜給他們每人的位階入坐，首先是西頓王，其次是推羅王，剩餘的人也依次入坐。坐定之後，薛西斯便派瑪爾多紐斯向他們每個人進行徵詢，問波斯水師是否應該立即進行海戰。瑪爾多紐斯從西頓人開始巡行詢問，所有人一致認為應當進行海戰，只有哈利卡納索斯女王阿提米西亞表示異議，她認為薛西斯應該不急於進行海戰，而是把船隻留在這裡靠近陸地，甚至一直向伯羅奔尼撒進擊，因為希臘人在撒拉米斯島上沒有糧秣，如果薛西斯率領陸軍進攻伯羅奔尼撒的話，她認為希臘人是不大可能堅持不動的，伯羅奔尼撒人將無意為雅典進行海戰。相反，如果立刻進行海戰的話，倒是有被希臘海軍擊敗的危險。

雖然薛西斯對阿提米西亞的意見表示贊同，但是他還是採取了大多數人的意見而打算進行海戰。阿提米西亞的意見可以說是非常精到的，富勒在《西洋世界軍事史》裡如下寫到：“可是誠如格侖地所指明出來的：假使波斯人居然不管留在薩拉米的希臘海軍，而直接駛向科林斯地峽，則情況即可能會危險到了極點。所以如何引誘波斯人來攻擊他所選擇的地點，就變成了泰米斯托克利心中的主要問題。”利德爾•哈特在其《間接路線戰略》一書中也表示了對阿提米西亞的肯定，他如下寫道：“在波斯陣營里，只有一個人反對薛西斯關於立即發起戰役的決定。這就來自哈利卡納索斯的阿提米西亞。她建議放棄這次戰役，而採取另外一個計劃，使波斯艦隊與陸軍部隊協同作戰去進攻伯羅奔尼撒。她預料這樣可以迫使伯羅奔尼撒聯軍的艦隊面臨威脅而逃回自己的港口，從而瓦解整個希臘艦隊。她的建議看來是經過深思熟慮的，而且這一點也正是泰米斯托克利所擔心的”。如果薛西斯採取了阿提米西亞的策略，那麼整個希臘世界將會十分危險了，戰爭的勝負有時候就在一線之間，難道不是這樣嗎？

儘管聯盟海軍統帥斯巴達人歐律比亞德已經決定在薩拉米斯決戰，可是反對這個決定的人還是太多了。於是希臘人在9月22日上午又舉行了一次戰爭會議。泰米斯托克利害怕伯羅奔尼撒諸國的將領壓倒他的意見，就秘密地從會議中溜出來，向一個親信吩咐了一番。這名使者隨即搭上一艘商船開往波斯艦隊中，對薛西斯說：“雅典軍的指揮官秘密派我來見您，其他希臘人完全不知道這件事。他一向對大王有好感，寧可大王成功而不願見他的本國人勝利。他要我來告訴大王，希臘人已經恐慌到了極點，正準備匆匆逃走。假使你現在能夠阻止他們逃走，那麼你就可以大獲全勝。他們之間意見已經分歧，所以現在不會做任何抵抗。甚至您可以看到他們之間即將發生內鬨。”薛西斯對希臘人內部的動亂早有所聞，因此輕易地相信了這條信息。他在夜幕掩護下秘密部署了艦隊，埃及人派遣的200艘船隻受命繞過薩拉米斯，去封鎖西端水道，而其餘的波斯艦隊則排成一道三層船的陣型，準備與薩拉米斯海峽內的希臘海軍決戰。薩拉米斯與大陸中間的普西塔利亞島也由波斯軍來加以占領，以便於他們救援在海戰中落水的人。這樣，希臘艦隊就如鐵桶般被包圍了起來。

第二天破曉時分，當希臘諸將領還在爭論不休的時候，突然傳來了波斯艦隊已包圍他們的消息。除了決一死戰，他們現在別無選擇。聯盟海軍首先派遣科林斯支隊去據守西面海峽，以防禦埃及人。在正面，其戰鬥序列如下：右翼歐律比亞德率領着16艘船隻；左翼則是雅典艦隊，船隻占總數一半以上；中央是其餘聯軍的戰艦。波斯方面，與雅典人正對的是腓尼基人，與斯巴達人正對的則是伊奧尼亞人，因為現在還很害怕薛西斯，所以他們中間只有少數人在戰鬥中表現出敷衍的樣子，大多數人尚堪稱勇敢。決定性戰鬥是在希臘左翼方面打響的，雅典人和愛吉拉人沿着海岸向前划行，就在薛西斯面前經過（他本人正站在皮拉斯河北的一個山丘上面，想在那裡親見希臘艦隊的投降），然後轉到腓尼基艦隊右面，把他們向波斯陣線的中央壓迫。但希臘的右翼進展太快，看上去腓尼基人已經受到了側面的攻擊。等到雅典人和愛吉拉人對波斯中央部分的迂迴，已經使波斯左翼又受到後方攻擊的威脅時，勝利的波浪才逐漸從希臘的左翼傳到右翼方面。於是伊奧尼亞人開始撤退，而他的撤退遂使這個已經苦鬥了7、8個小時的戰鬥告一結束。雙方損失並無可靠的記載，依照狄奧多洛斯的記載，希臘方面損失40艘船隻，波斯方面則為200艘，被俘的還不算在內。

當薛西斯看到希臘海軍逐漸開始占到上風時，不禁後悔了，本來不可一世的他頓時將心懸到了半空。當他發現戰局越來越對波斯人不利的時候，竟然變得象個虔誠的教徒，祈求上帝讓戰局逆轉。當希臘人勝利的呼聲響徹雲霄的時候，薛西斯早已失魂落魄。波斯海軍的失敗，意味着供應波斯龐大陸軍的補給縱隊的喪失，波斯人將不能在希臘維持其陸軍主力的正常作戰。如果波斯陸軍主力不儘快撤出希臘，將有斷糧的危險！與此同時，希臘艦隊則可以機動到波斯人後方去切斷其退路。數月之前還雄心勃勃的想着征服天下的薛西斯，現在則只想着如何才能保全性命了。他想到，如果現在占據優勢的希臘海軍出發前往赫勒斯滂海峽、將浮橋摧毀的話，那麼他就會被切斷退路而困在歐洲了。

然而，此前力主遠征希臘的瑪爾多紐斯並不甘心戰爭的失敗，他請求薛西斯任他選擇一部分人，留在希臘繼續作戰，而薛西斯則帶領軍隊主力回國。因為即使是沒有海軍提供的大量補給，波斯人占領的歐洲地區也足夠供給瑪爾多紐斯留下來的軍隊。

薛西斯率領陸軍主力撤退到赫勒斯滂共用了45天時間。在這45天裡，他們飽受了缺糧的痛苦。大流士的兄弟、薛西斯的叔父阿爾塔巴諾斯在戰前就指出土地（過深的戰略縱深產生後勤問題）與海洋（海上無常的風暴會摧毀沒有海港可供躲避的戰艦）是過於龐大的海軍與陸軍的敵人，現在已經一一驗證。能夠指出危險卻不能阻止危險發生，到底是阿爾塔巴諾斯的幸還是不幸？