Dareios kuoli vuonna 486 eaa. ja hänen seuraajakseen tuli hänen poikansa Kserkses, joka oli tukahduttanut kapinan Egyptissä ja siirtynyt Kreikkaan. Myrsky romahdutti kaksi siltaa, jotka oli rakennettu Hellespontin (Dardanellit) yli. Sitten Kserkses määräsi, että meri ruoskittiin ja insinöörit mestattiin. Sinne oli rakennettu uudet ponttonisillat, joiden kautta persialaiset keväällä 480 eaa. siirtyivät Balkanille. Persian laivasto liikkui armeijan rinnalla.

Marathonin taistelun jälkeen Ateenassa käytiin muutaman vuoden ajan poliittista kamppailua Miltiadeksen, Ksanthippoksen, Aristidesin ja Themistokleen välillä. Ateenalaiset tiesivät, että persialaiset valmistautuivat uuteen marssiin ja heidän piti valmistautua puolustukseen, mutta eivät tienneet miten. Tärkein sana puolustuksen tyyppiä pohdittaessa oli Themistokleen ja Aristideen. Themistokles oli Maratonin strategina ja kannatti laivaston perustamista, kun taas maanomistajien johtaja Aristides oli raskaan jalkaväen varustamisen kannalla. Voittajaksi selviytyi Themistokles, jota olivat tukeneet attikalaiset merimiehet, kauppiaat ja liikemiehet, jotka kannattivat merivoimien yleisempää edistystä. Aristides lähetettiin syrjäyttämällä maanpakoon.

Ateenalaisten lisäksi muutkin kreikkalaiset valmistautuivat hyökkäämään persialaisia vastaan. 481 eKr. 31 kaupungin edustajat olivat kokoontuneet Korintin kannaksella ja päättäneet liittyä yhteen ja puolustaa Kreikkaa. Kaikki Boeian kaupungit Plataeaa lukuun ottamatta ja kaikki tessalilaiset olivat persialaisten puolella. Monet kreikkalaiset kaupungit pysyivät puolueettomina. Spartalaiset ja ateenalaiset ottivat yhdistyneiden kreikkalaisten johtajuuden.

Termopylain taistelu

Kesäkuussa 480 eaa. persialaisten armeija ja laivasto lähtivät Thessalonikinlahdelta Thessalian kautta etelään. Armeijan oli kuljettava Thermopylain rotkon läpi, jossa persialaiset kohtasivat spartalaisen kuningas Leonidaksen johtaman peloponnesialaisten joukon. Kreikkalaiset ovat pitkään vastustaneet ylivoimaisia persialaisia ja pitäneet heitä niin kauan kuin persialaiset eivät olleet piirittäneet heitä selustasta. Kreikkalaiset olivat vetäytyneet, kun taas spartalaiset jäivät ja kuolivat sankarillisesti (Thermopylae epitaph: Oi muukalainen, kerro lakedaemonialaisille, että me makaamme täällä, luottaen heidän sanoihinsa). Thermopylain sankarit uhrattiin toisten puolesta, koska he antoivat ateenalaisten evakuoitua ja jakoivat armeijan.

Artemiksen taistelu

Kreikkalaisten laivasto Eurybiadeksen johdolla vastusti persialaisia Euboian Artemiksen pohjoispäässä. Siellä taistelu käytiin vaihtelevalla tuurilla. Kreikkalaiset onnistuivat pitämään persialaiset loitolla, mutta Leonidaksen kerrottua hävinneensä kreikkalaiset vetäytyivät etelään.

Salamisin taistelu

Xerkses tunkeutui Kreikkaan Thermopylain kautta. Ateenan väestö oli jo hakeutunut turvaan Ateenaan, Aeginaan ja Troezeniin, kiitos laivaston, joka vetäytyi Artemisia-taistelusta. Syyskuussa 480 eaa. Persialaiset tunkeutuivat Ateenaan ja tuhosivat ja polttivat sen. Persian laivasto purjehti Phalerumiin.

Syyskuun lopulla käytiin suuri meritaistelu Salamisin saarella. Siellä kreikkalaiset triareet kiertelivät taitavasti persialaisten valtavia aluksia, joita ei voitu asettaa taisteluun Salamisin ja rannikon välisessä kanavassa. Tästä voitosta eniten kunniaa sai Themistokles, joka johti taistelua ja kannatti laivaston rakentamista. Persialaiset menettivät Salamissa monia aluksia, jotka olivat heidän maajoukkojensa tukena, erityisesti huollon vuoksi. Kserkses, joka seurasi Salamisin taistelua rannalta, joutui vetämään armeijansa Aasiaan. Hän jätti Thessaliaan muutamia tuhansia joukkoja Mardoniuksen johdolla.

Plataian taistelu

Mardonius yritti hyvin taitavasti Makedonian kuninkaan Aleksanteri I:n yli tehdä sopimuksen ateenalaisten kanssa, mutta ei onnistunut. Keväällä 479. eaa. Mardonius siirtyi Thessaliasta Beotiaan, jossa hänen liittolaisensa tebanialaiset ottivat hänet vastaan, ja sieltä hän tunkeutui Attikaan. Ateenalaiset joutuivat jälleen liikkeelle ja persialaiset tunkeutuivat uudelleen Ateenaan. Ateenalaiset, platanealaiset ja monet peloponnesialaiset olivat liittyneet yhteen ja hyökkäsivät persialaisia vastaan Plataeassa Boeotiassa elokuussa 479 eaa. Kreikkalaiset spartalaisen Pausaniaksen komennossa voittivat persialaiset, ja Mardonius kaatui taistelussa.

Mykkalan taistelu

Tämä taistelu käytiin elokuussa 479 eaa. (Joissakin versioissa samana päivänä kuin Plataian taistelu). Kreikan laivasto Vähä-Aasiassa Mykalen kohdalla oli voittanut persialaiset. Sen jälkeen Kreikan laivasto vetäytyi Samokselle. Spartalaiset vetäytyivät, kun taas ateenalaiset jatkoivat sotaa Persiaa vastaan. Keväällä 478 eaa. he valtasivat Sestoksen Hellespontilla. Joukkue päätti kreikkalais-persialaiset sodat Euroopan maaperällä. Kreikkalaiset siirtyivät ateenalaisten johdolla vastahyökkäykseen, ja Vähä-Aasian kreikkalaiset alkoivat vapautua persialaisten hallinnasta.