Фемистокл и его сторонники считали, что позиция греческого флота в проливе очень выгодна, и если втянуть персов и их союзников в сражение, шансы на победу греков будут очень высоки. Греки прекрасно знали сложный фарватер пролива, а его узость лишала большие персидские корабли маневра и не давала использовать их численное превосходство.
План и надежды Фемистокла блестяще оправдались. К началу сентября 480 года персидский флот численностью около 800 галер по приказу Ксеркса блокировал греческие корабли в Саламинском проливе. Собственно, это был не персидский, а союзный персам финикийский и малоазийский флот, так как у персов своего военного флота никогда не было. 28 сентября 480 года флот Ксеркса стал входить в пролив, намереваясь окружить и уничтожить греческий флот.
В начавшемся морском сражении небольшие и быстроходные греческие триеры по команде триерархов стали легко маневрировать в знакомой акватории среди больших, тяжелых и неповоротливых финикийских галер, которые быстро загородили друг другу фарватер и сбились в неуправляемую, хаотичную массу, ломая свои собственные длинные весла. Осыпаемые тучей стрел, греки прикрывались бортами триер и щитами и брали корабли противника на абордаж, таранили их борта специальными остроконечными выступами триер, ломали им весла, не давая развернуться в боевой порядок.
В считанные часы греки разбили, потопили и пленили значительную часть финикийско-персидского флота, которым руководил брат Ксеркса Ариомен. По некоторым данным, персы потеряли около 200 кораблей, потери греков составили 40 триер. Оставшимся кораблям персов удалось вырваться в открытое море. Но продолжать сражение они уже не могли и вскоре ушли к берегам Малой Азии. Яркую картину сражения оставил потомкам в поэме «Персы» греческий драматург Эсхил, принимавший участие в этой битве.
Греки победили, но до окончания войны было еще далеко. В одержанной ими победе несомненна огромная заслуга командующего флотом Еврибиада и Фемистокла, которые сумели, используя маневренность греческих кораблей, рассеять и разбить по частям опытный и сильный финикийско-персидский флот. Велико было значение и морального фактора. Греки сражались за свои дома и семьи против агрессора, который оккупировал их страну, надругался над святынями и собирался лишить их столь ценимой эллинами свободы. Эта победа еще сильнее сплотила греков, придав силы для дальнейшего сопротивления, предоставив возможность контролировать и прерывать морские коммуникации персидской армии.
