Darius dog 486 f.Kr. och efterträddes av sin son Xerxes, som hade slagit ner upproret i Egypten och flyttat till Grekland. Stormen rasade två broar som byggts över Hellespont (Dardanellerna). Därefter beordrade Xerxes att havet skulle piskas och ingenjörer halshuggas. Där hade man byggt nya pontonbroar genom vilka perserna 480 f.Kr. våren flyttade vidare till Balkan. Den persiska flottan rörde sig parallellt med armén.
Efter ett maratonslag i Aten fördes under några år en politisk kamp mellan Miltiades, Xanthippos, Aristides och Themistokles. Atenarna visste att perserna förberedde en ny marsch och var tvungna att förbereda försvar, men visste inte hur. Huvudordet när det gällde att överväga typen av försvar hade Themistokles och Aristides. Themistokles var strateg vid Marathon och förespråkade skapandet av flottan, medan markägarnas ledare Aristides var för utrustning av tungt infanteri. Vinnaren blev Themistokles som hade fått stöd av attiska sjömän, köpmän och affärsmän som var för mer avancerade allmänna framsteg i flottan. Aristides skickades genom ostracism i exil.
Förutom atenarna förberedde sig de andra grekerna på att attackera perserna. 481 f.Kr. hade representanter för 31 av staden träffats vid Korinths Isthmus och de beslutade att gå samman och försvara Grekland. Alla bootiska städer utom Plataea och alla thessaler var med perserna. Många grekiska städer förblev neutrala. Spartaner och atenare tog över ledarskapet för de förenade grekerna.
Slaget vid Thermopyle
I juni 480 f.Kr. startade den persiska armén och flottan från Thessalonikibukten genom Thessalien söderut. Armén var tvungen att gå genom Thermopylaes klyfta, där perserna mötte trupper av peloponnesier, ledda av den spartanske kungen Leonidas. Grekerna har länge stått emot överlägsna perser och hållit dem så länge de inte var omringade av perserna bakifrån. Grekerna hade dragit sig tillbaka medan spartanerna stannade kvar och dog hjältemodigt (Thermopylae epitafium: Åh främling, säg till lacedaemonierna att vi ligger här och litar på deras ord). Hjältarna vid Thermopylae offrades för de andra, eftersom de gjorde det möjligt för atenarna att evakuera och delade upp militären.
Slaget vid Artemisia
Den grekiska flottan ledd av Eurybiades ställde sig mot perserna vid norra punkten av Euboea Artemis. Där fördes slaget med växlande turer. Grekerna lyckades hålla perserna kvar, men efter att Leonidas berättade att han hade förlorat drog sig grekerna tillbaka söderut.
Slaget vid Salamis
Xerxes gick in i Grekland genom Thermopylae. Befolkningen i Aten hade redan sökt skydd i Aten, Aegina och Troezen tack vare flottan, som drog sig tillbaka från slaget vid Artemisia. I september 480 f.Kr. Perserna intog Aten och ödelade och brände staden. Den persiska flottan seglade in i Phalerum.
I slutet av september utspelade sig ett stort slag på havet vid ön Salamis. Där manövrerade grekernas triremer skickligt runt de enorma persiska skeppen, som inte kunde ställas upp för att slåss i kanalen mellan Salamis och kusten. För denna seger hade Themistokles, som ledde slaget och förespråkade byggandet av en flotta, den största äran. Perserna vid Salamis förlorade många fartyg som var stöd för deras marktrupper, särskilt på grund av försörjningen. Xerxes, som bevakade slaget vid Salamis från kusten, tvingades dra tillbaka sin armé till Asien. Han lämnade i Thessalien några tusen soldater ledda av Mardonius.
Slaget vid Plataea
Mardonius försökte mycket skickligt över den makedonske kungen Alexander I att göra en uppgörelse med atenarna, men lyckades inte. På våren 479. BC. från Thessalien gick Mardonius till Beotien där hans allierade teberna accepterade honom, och därifrån gick han in i Attika. Atenarna blev återigen förflyttade och perserna tog sig åter in i Aten. Athenare, platéer och många peloponnesier hade gått samman och angripit perserna vid Plataea i Böotien i augusti 479 f.Kr. Grekerna under ledning av spartanaren Pausanias besegrade perserna och Mardonius dödades i slaget.
Slaget vid Mycale
Detta slag ägde rum i augusti år 479 f.Kr. (I vissa versioner på samma dag som slaget vid Plataea). Grekiska flottan i Mindre Asien på den punkt Mycale hade slagit perserna. Därefter drog sig den grekiska flottan tillbaka på Samos. Spartanerna drog sig tillbaka medan atenarna fortsatte kriget mot Persien. Våren 478 f.Kr. intog de Sestos vid Hellespont. Laget avslutade de grekisk-persiska krigen på europeisk mark. Grekerna under atenarna gick till motangrepp och grekerna i Mindre Asien började frigöra sig från det persiska styret.