Παρά την αθηναϊκή νίκη στο Μαραθώνα οι Πέρσες παρέμεναν κύριοι της Θράκης και της Μακεδονίας. Ο θάνατος του Δαρείου και οι εξεγέρσεις που ακολούθησαν την ανάρρηση του Ξέρξη στο θρόνο καθυστέρησαν τη δεύτερη περσική εκστρατεία. Οι προετοιμασίες περιελάμβαναν τη ζεύξη του Ελλησπόντου, για να διεκπεραιωθεί ο στρατός στην Ευρώπη, και τη διάνοιξη του ισθμού του Άθω, για να αποφευχθεί η επανάληψη της καταστροφής του στόλου, που συνέβη κατά την προηγούμενη εκστρατεία. Το σχέδιο του Μεγάλου Βασιλέα προέβλεπε την κατάληψη της ελληνικής χερσονήσου από τις χερσαίες δυνάμεις, ενώ ο στόλος θα εμπόδιζε τις πράξεις αντιπερισπασμού των Ελλήνων και θα εξασφάλιζε την επικοινωνία και τον ανεφοδιασμό του στρατού. Παράλληλα προέτρεψε, κατά το Διόδωρο, τους Καρχηδονίους να επιτεθούν στους Σικελιώτες, για να αποτρέψουν την αποστολή ενισχύσεων στην Ελλάδα.

Τον Αύγουστο του ίδιου έτους ο βασιλιάς της Σπάρτης Λεωνίδας απέκλεισε τα στενά των Θερμοπυλών με μία δύναμη από Πελοποννήσιους, Θεσπιείς, Οπουντίους Λοκρούς και Φωκείς. Συγχρόνως ο αθηναϊκός στόλος παρατάχθηκε στο πέρασμα του Ωρεού, κοντά στο ακρωτήριο Αρτεμίσιο, που έκλεινε την είσοδο του ευβοϊκού κόλπου. Οι Έλληνες θα απέκρουαν την περσική επίθεση στις Θερμοπύλες, αν ο Εφιάλτης δεν πρόδιδε στους Πέρσες την ύπαρξη της Ανοπαίας ατραπού, που τους οδήγησε στα νώτα των Ελλήνων. Οι Σπαρτιάτες, ωστόσο, δεν εγκατέλειψαν τις θέσεις τους και αντιστάθηκαν μέχρι θανάτου. Η ναυμαχία του Αρτεμισίου ξεκίνησε με ευνοϊκούς οιωνούς για τους Έλληνες, αφού το ένα τρίτο του περσικού στόλου καταστράφηκε από τρικυμία στη Μαγνησία. Οι Έλληνες, αν και υπέστησαν σοβαρές απώλειες, συνέχισαν να επικρατούν έναντι των Περσών, αναγκάστηκαν όμως να εγκαταλείψουν το στενό, όταν έφτασε η είδηση της πτώσης των Θερμοπυλών.