与此同时，希腊盟军的斯巴达国王莱奥尼达斯（Leonidas）也正在加紧战备，以迎战蠢蠢欲动的波斯帝国。

    这种两军相持的阶段一直持续了近10年之久，直至大流士去世，他的儿子薛西斯（Kserksis）即位。薛西斯继承了父亲攻打希腊的遗志，更加加紧了发展军事的步伐。公元前484年，薛西斯派大军自小亚细亚进攻希腊。

    希腊联军在科林索斯（Korinthos）召开会议，决定派一小股部队前往温泉关（Thermopiles）堵截敌人，以阻止他们南下的路线。希腊盟军此举还有一个目的，就是希望在温泉关牵制住敌人，以为自己赢得更充裕的备战时间。

    于是，公元前480年，希腊联军的7000名士兵，与斯巴达的300名精兵一同开往温泉关峡口，等待迎战强大的波斯军队。当时的温泉关仅有12米宽（今天的关口随着地质活动的变迁，已宽达1.5至3公里），一边是大海，另一边是陡峭的悬崖峭壁，着实是“一夫当关，万夫难过”。 

    与人力单薄的希腊军队相比，波斯一方却派来了数百倍的士兵。据古希腊历史学家希罗多德记载，波斯大军人数多达5283220人。当然，这个数字显然是言过其实了，但它却从另一个侧面为后人描述了波斯军队的庞大。事实上，薛西斯的部队应该是在120万到170万之间。曾有人描述说，当波斯士兵的弓箭射出时，甚至可以“遮天盖日”。然而，斯巴达人却从不曾畏惧。他们是希腊境内有名的勇士，个个英勇善战，而且从小就经受过严格的体格及军事训练。在斯巴达，如果一个男孩子生出来时不健康，他甚至会面临被摔死的命运。当这些斯巴达英雄们听到有关敌人是如何强大的描述时，他们非但没有显出丝毫的胆怯，反而做出了这样的回答：“好吧，那就让我们在没有日光的阴影下战斗吧。”

    这里，还有一段著名的插曲故事。据说，薛西斯曾派使者到斯巴达人那里去劝降，希望他们与自己讲和，并许愿日后把希腊的统治权赐给斯巴达，条件是让他们交出手中的武器。然而，波斯使者自斯巴达国王莱奥尼达斯那里得到的回答却是：“你若是敢，就来拿吧。”

    斯巴达人的士兵没有统一的装备，是个人以自己的形式装备自己，武器也是自备的。为了制服敌人，他们都准备了最精良的装备及重型武器。有人曾经形容：希腊人简直是武装到了牙齿，只有他们的眼睛还露在外边，没有被铠甲遮住。而波斯士兵的装备属于轻型装备，铠甲几乎和没有一样，盾牌也如同稻草似的。希腊人的长矛也比波斯人的长，且十分尖利。这样的长矛插在波斯人稻草一样的盾牌上，那才是不攻自破。

    希腊盟军及斯巴达人还在温泉关的峡口处建起了一道城墙，用以堵住敌人的进攻。由于关口狭窄，波斯军队就是有再多的人也无法一次用得上。于是，薛西斯只好按每1000人一组，分批进攻。战斗打得异常的激烈，波斯人由于武器与装备都不及对手而死伤惨重。在开战的第一天里，波斯大军就损失了2000名士兵，而希腊联军仅死伤100余人。

    薛西斯看到第一天的战况，决定把自己的卫队派去攻打温泉关。所谓薛西斯的卫队，是由10000名最勇猛的战士组成的著名的“不死之师”。这是波斯部队中最精良的一支，每有一名士兵战死，立即会有新的一员填补上来，卫队的人数总保持在10000名这个数字上，因此也有了“不死之师”的称号。面对这样一支强大的队伍，希腊人使出了自己全部的力量和勇气，他们把敌人引上悬崖、逼上绝路，许多波斯士兵不得不跳崖而死。原本几个小时便应该结束的战斗，双方竟激战了整整三天。

    然而，由于叛徒的出卖，战机出现了根本上的转变。一个叫做埃菲阿尔提斯（Efialtis）的人，带着波斯军队抄小路将希腊军队从侧面包围起来。随后，薛西斯暗中指派他的“不死之师”连夜赶去希腊人的后方准备偷袭。莱奥尼达斯的密探也了解到薛西斯部队的行踪，并及时通知了莱奥尼达斯。

    莱奥尼达斯临危决定，撤出所有盟军战士，只留下斯巴达人与敌军决一死战。盟军留下一小批力量与斯巴达人并肩作战，其余的人赶去雅典，抓紧时间备战海防。

    决战的那天早晨，薛西斯没有像往常一样登上他军营中的王位，而是亲自主持迎战斯巴达人。莱奥尼达斯也亲自率领300斯巴达将士及700盟军士兵，在实力极其悬殊的情况下，与敌人展开了殊死的战斗。最后，包括国王莱奥尼达斯在内，斯巴达将士全部战死疆场，只有一人因在医院疗伤而得以幸免。

    波斯人攻克温泉关后，直驱雅典，并一举将其攻破。雅典人被迫退到萨拉米纳岛（Salamina），眼看着对岸自己的家园被波斯人焚烧。

    温泉关战役虽然失败了，但却为希腊盟军准备海战赢得了宝贵的时间。退居萨拉米纳岛的雅典人在赛米斯托克里斯（Themistoklis）将军的率领下，积聚力量准备自海上打击波斯军队。在随后萨拉米斯海战中，波斯人90%的舰队被摧毁，这就是著名的萨拉米斯大捷。随后，希腊军队将波斯人赶至科林索斯东北、忒拜（Thiva）西南的基塞隆纳斯山（Kitheronas，又译基太龙）一带，并于公元前479年在普拉戴埃斯镇（Pulataies，又译普拉迪）取得了决定性的胜利，从而有效地消除了波斯人在希腊的势力，为旷日持久的“希波战争”画上了句号。