Το καλοκαίρι του 480 π.χ. ο αμέτρητος στρατός του Ξέρξη κατέβαινε από την Μακεδονία προς την Θεσσαλία και την Στερεά Ελλάδα, ο εξίσου πολυάριθμος (1200 τριήρεις) στόλος του άφηνε την Θέρμη, πλάϊ στις εκβολές του Αξιού ποταμού, δηλαδή την περιοχή της σημερινής Θεσσαλονίκης, και ταξίδευε προς τα νότια, παραπλέοντας την Θεσσαλική ακτή. Αποτελείτο από χιλιάδες πολεμικά και μεταγωγικά και βρισκόταν κάτω από την διοίκηση πολλών ναυάρχων, που αισθάνονταν περηφάνεια για την δύναμή τους και φόβο προς τον αφέντη τους, τον Μεγάλο Βασιλέα.
Οι Έλληνες, μπρος στον επερχόμενο κίνδυνο, αποφάσισαν να αντιμετωπίσουν τον εισβολέα στις Θερμοπύλες και να στείλουν για την προστασία των πλευρών του Λεωνίδα από το μέρος της θάλασσας τον ελληνικό στόλο, με αποστολή να φράξει την είσοδο του Ευβοϊκού κόλπου και να επιτηρεί τα γειτονικά ύδατα. Τον στόλο αυτό τον συγκροτούσαν 271 τριήρεις, από τις οποίες 147 αθηναϊκές και 9 πεντηκόντοροι. Σαράντα τριήρεις ήταν από την Κόρινθο, 20 από τα Μέγαρα, 18 την Αίγινα, 12 την Σικυώνα, 10 των Λακεδαιμονίων, 8 της Επιδαύρου, 7 από την Ερέτρια, 5 από την Τροιζήνα, 2 τα Στύρα Εύβοιας και 2 από την Κέα. Σε 20 από τις αθηναϊκές τριήρεις τα πληρώματα ήταν από την Χαλκίδα, νησιώτες δε της Κέας και Οπούντιοι επάνδρωναν τις πεντηκοντόρους.
Εξήντα χιλιάδες τουλάχιστον άνδρες, πληρώματα και στρατιώτες υπηρετούσαν σε αυτόν τον στόλο, με ναύαρχο τον Σπαρτιάτη Ευρυβιάδη, πραγματικό όμως αρχηγό και εμπνευστή της δράσεώς του, τον μετέπειτα νικητή της Σαλαμίνας το Θεμιστοκλή.
Τρεις τριήρεις, μια αθηναϊκή, η άλλη αιγινήτικη, και μια από την Τροιζήνα, αποτελούσαν την προφυλακή του ελληνικού στόλου. Οι τριήρεις αυτές, που είχαν την συγκεκριμένη αποστολή να παρακολουθήσουν τις κινήσεις του περσικού στόλου στις ακτές τις Θεσσαλίας, συνάντησαν δέκα περσικά πολεμικά και, επειδή νόμισαν ότι αυτά αποτελούσαν την πρωτοπορεία του επερχόμενου περσικού στόλου, τράπηκαν σε φυγή. Και η μεν αθηναϊκή τριήρης εξόκειλε στις εκβολές του Πηνειού, όπου και την εγκατέλειψε το πλήρωμά της το οποίο γύρισε δια ξηράς στην Αθήνα. Οι άλλες δυο αιχμαλωτίστηκαν, μετά όμως από γενναία αντίσταση των Αιγινητών, την οποία και δίκαια αποθαύμασαν οι Πέρσες.
Η απώλεια τριών πλοίων δεν ήταν βέβαια φοβερό πλήγμα για τον ενωμένο στόλο των ελληνικών πόλεων. Το γεγονός όμως επηρέασε το ηθικό του Ευρυβιάδη και ιδιαίτερα των Κορινθίων, οι οποίοι φοβήθηκαν το μέγα πλήθος των εχθρικών πλοίων και ήθελαν να αποχωρήσουν προς τα ενδότερα της Ελλάδας. Χρειάστηκε ο Θεμιστοκλής μεγάλη προσπάθεια και αρκετά τάλαντα αργυρίου, για να τους πείσει να μείνουν στο Αρτεμίσιο. Το αγκυροβόλιο αυτό εξασφάλιζε στους Έλληνες σοβαρά πλεονεκτήματα: ήταν προφυλαγμένο από τους επικρατούντες στην περιοχή εναντίους ανέμους, προστάτευε το στόμιο του Βόρειου Ευβοϊκού κόλπου και τους επέτρεπε να παρακολουθούν τις κινήσεις του περσικού στόλου. Και να ανακόψουν την προχώρησή του προς τα νότια. Εν τω μεταξύ τα περσικά πλοία αγκυροβόλησαν στον ανοικτό όρμο κοντά στην Σηπιάδα, παρά το στόμιο του Παγασητικού και απέναντι από το Αρτεμίσιο. Ο καιρός ήταν αίθριος και πνοή ανέμου δεν ερίπιζε τα ήσυχα νερά. Την επομένη όμως αυγή άγρια ξέσπασε θαλασσοταραχή, με ισχυρόν άνεμο από τα ανατολικά, αυτόν που οι αρχαίοι αποκαλούσαν "ελλησποντία" (επειδή ερχόταν από τον Ελλήσποντο.
Τρεις μέρες κράτησε το μπουρίνι και την Τετάρτη, όταν τελείωσε, τετρακόσια πλοία του Ξέρξη είχαν συντριβεί στην απόκρημνη ακτή η είχαν κατέβει στον βυθό της θάλασσας. Οι Έλληνες βρήκαν την ευκαιρία να συλλάβουν δεκαπέντε πλοία του περσικού στόλου, ο οποίος στην προσπάθειά του να ανασυγκροτηθεί μεθόρμιζε από την Σηπιάδα στους Αφέτας (σημερινό Τρίκερι), δεξιά δηλαδή της εισόδου του Παγασητικού. Μόλις οι Πέρσες κατέλαβαν τις θέσεις τους στο καινούργιο αγκυροβόλιο, έστειλαν μέσα από το στενό Σηπιάδος - Σκιάθου (για να μην γίνουν αντιληπτοί) διακόσια πλοία, με την εντολή να περιπλεύσουν την Εύβοια και, παραλλάζοντας τον Καφηρέα, να εισπλεύσουν στον Ευβοϊκό και αποκόψουν από τα νότια την έξοδο στα ελληνικά πλοία.
Η συντριβή του ελληνικού στόλου αποτελούσε φυσικά πρωταρχικό μέλημα της περσικής ηγεσίας, γιατί μόνη αυτή θα επέτρεπε στον εισβολέα να κινηθεί ελεύθερα και αποβιβάσει δυνάμεις σε οποιοδήποτε σημείο της ελληνικής ακτής. Την κίνηση αυτή των διακοσίων πλοίων την μετέδωσε στους Έλληνες ο δύτης Σκυλλίας, από την Σκιώνη, που αυτομόλησε σε αυτούς από τον περσικό στόλο όπου υπηρετούσε. Τούτο γέννησε στην σκέψη του Ευρυβιάδη και τους ναυάρχους των άλλων ελληνικών πόλεων τη σκέψη να περιμένουν όλη τη νύχτα και, την ερχόμενη νύχτα, προστατευόμενοι από το σκοτάδι, να πλεύσουν μέσα από τον ευβοϊκό με σκοπό να συναντήσουν και ναυμαχήσουν τα πλοία των Περσών, που εν τω μεταξύ θα έφταναν από τον νότιο ευβοϊκό.
Έτσι η μέρα πέρασε στην αναμονή, με τους δυο αντίπαλους στόλους, τον ένα απέναντι στον άλλο. Κατά την δύση του ηλίου όμως, κινημένοι από μια παρόρμηση της στιγμής, έλαβαν οι έλληνες την απόφαση να επιτεθούν εναντίον των Περσών. Με έκπληξη είδαν οι Ασιάτες τους άφρονες αυτούς, με την τόσο μικρή δύναμη, να εφορμούν εναντίον ενός στόλου που και πολύ μεγαλύτερος ήταν και καλύτερος επανδρωμένος. Δέχτηκαν λοιπόν την πρόκληση, χωρίς να χάσουν καιρό, με το αίσθημα της υπεροχής και την προσδοκία μιας βέβαιης νίκης. Η ελληνική παράταξη είχε σχήμα τόξου με το κυρτό μέρος στραμένο στον εχθρικό στόλο. Ο οποίος με την υπεροχή σε αριθμό δεν εβράδυνε να την κυκλώσει.
Πολλοί από τους Πέρσες, μας λέγει ο Ηρόδοτος, ήταν βέβαιοι ότι κανείς από τους Έλληνες δεν θα διέφευγε και φιλοτιμούντο ποιος πρώτος θα κυρίευε αττικό πλοίο, για να λάβει πλούσια δώρα από τον Μεγάλο Βασιλέα. Γιατί στον στόλο των βαρβάρων πολύς λόγος γινόταν για το ναυτικό των Αθηναίων. Οι Έλληνες όμως από μέρους τους μόλις δόθηκε το σήμα της μάχης με τον υψωμό της χρυσής ασπίδας, ενήργησαν κατά τον ακόλουθο τρόπο: έδωσαν στον σχηματισμό τους μια ακτινωτή διάταξη, στην οποία οι πρύμνες συνέκλιναν με κέντρο που αποτελούσε και το κέντρο της περσικής παρατάξεως και έστρεψαν τις πρύμνες και τα έμβολά τους προς τον εχθρό. Ύστερα όρμησαν με σφικτό σχηματισμό και απαράμιλλη τόλμη, εφαρμόζοντας τον επιθετικό - ενώ ήσαν αμυνόμενοι - ελιγμό του διέκπλου και της αναστροφής, κατά των πολεμίων. Σε βραχύτατο χρονικό διάστημα, γιατί εν τω μεταξύ έπεφτε η νύκτα, κέρδισαν την νίκη, αιχμαλωτίζοντας τριάντα περσικά πλοία.
Ισχυροί θύελλα - νότιοι κυρίως άνεμοι - με βροχή και κεραυνούς ξέσπασε την νύκτα, που ακολούθησε και η θύελλα αυτή σκόρπισε τα διακόσια περσικά πλοία, τα οποία ταξίδευαν γύρω από την Εύβοια και τα συνέτριψε στα ΝΑ ακτές της. Την επόμενη μέρα, ενισχυμένοι οι Έλληνες από 53 Αθηναϊκές τριήρεις και με την αισιοδοξία της νίκης της προτεραίας, αποφάσισαν να επαναλάβουν την επίθεση και πάλι περί την δύση του ηλίου, με σκοπό την τμηματική καταστροφή του περσικού στόλου, μέσα σε περιορισμένα χρονικά όρια. Ήταν μια τακτική, που τους υπαγόρευε η μεγάλη, εις βάρος τους διαφορά δυνάμεων. Και αυτή τη φορά οι Έλληνες ενίκησαν και κατέστρεψαν πολλά από τα πλοία των Κιλικίων, που βρέθηκαν απέναντί τους. Ο κύριος όγκος του περσικού στόλου δεν πρόλαβε φαίνεται να κινηθεί. Όπως ήταν φυσικό η δεύτερη αυτή νίκη των Ελλήνων προβλημάτισε τους πέρσες ναυάρχους, οι οποίοι καθώς φοβούνταν την οργή του Ξέρξη, αποφάσισαν να κινηθούν την επόμενη μέρα, με το σύνολο του στόλου τους εναντίον των Ελλήνων.
Και οι Έλληνες ετοιμάστηκαν για την αναμέτρηση, αποφασισμένοι να μην αφήσουν τους Πέρσες να περάσουν τον Ευβοϊκό. Η κίνηση των αντιπάλων άρχισε το μεσημέρι. Οι Πέρσες είχαν διατάξει τον στόλο τους σε σχήμα κοιλεμβόλου, δηλαδή σε σχήμα τόξου, του οποίου το κοίλο μέρος να βλέπει προς τους Έλληνες, με την πρόθεση τα άκρα του τόξου, κλείνοντα σαν λαβίδα, να τους κυκλώσουν. Οι Έλληνες, που αντιλήφθηκαν εγκαίρως την τακτική του εχθρικού στόλου, δεν απομακρύνθηκαν από την ξηρά, για να αποφύγουν την κύκλωση. Ακολούθησε σύγκρουση φοβερή πλοίου με πλοίου, με ηρωϊσμούς αλλά και απώλειες και από τα δύο μέρη. Οι Πέρσες, από το στενό του χώρου και τον μεγάλο αριθμό των πλοίων συγκρούονταν μεταξύ τους και έβλαπτε ο ένας τον άλλο. Δεν υποχωρούσαν όμως διότι το θεωρούσαν ντροπή να το πράξουν, μπρος σε τόσο μικρό αριθμό πλοίων. Έτσι πολέμησαν με πείσμα.
Ο αγώνας έληξε αμφίρροπος. Οι Έλληνες έχασαν πέντε πλοία, τα οποία αιχμαλώτισαν με τα πληρώματά τους οι Αιγύπτιοι, και οι Πέρσες πολύ περισσότερα. Οι ζημιές στα ελληνικά πλοία και προπάντων των Αθηναίων ήταν πολύ μεγάλες και παρόλα αυτά μπορούσαν να καυχώνται ότι ενίκησαν. Διότι είχαν πετύχει τον στόχο τους να απαγορεύσουν την είσοδο στον Ευβοϊκό και μπόρεσαν μετά την μάχη να συλλέξουν τους νεκρούς και τα ναυάγιά τους. Αυτή ήταν ουσιαστικά η ναυμαχία του Αρτεμισίου, γιατί οι συγκρούσεις, που έγιναν τις δυο προηγούμενες ημέρες, θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν ως αναγνωριστικές αψιμαχίες. Τις χαρακτήριζε όμως πρωτοβουλία και επιθετικό πνεύμα από την πλευρά των Ελλήνων και κατά τούτο μπορούν να θεωρηθούν αξιόλογες.
Μετά την ναυμαχία έφτασε με τους ημεροσκόπους στο ελληνικό στράτευμα το άγγελμα για το ηρωϊκό τέλος του Λεωνίδα, που υπεράσπιζε τις ίδιες ημέρες το άλλο πέρασμα προς την Ελλάδα: Τις Θερμοπύλες. Ο Περσικός χείμαρρος άρχισε να κυλάει τώρα ασυγκράτητος προς τα νότια και οι Έλληνες ναυτικοί αποφάσισαν να επιστρέψουν στις βάσεις τους, όπου καινούργιοι αγώνες τους περίμεναν. Πολλά άλλωστε καράβια είχαν ανάγκη από επισκευή. Πρώτοι αποχώρησαν οι Κορίνθιοι και τελευταίοι οι Αθηναίοι. Στο ταξίδι της επιστροφής ο Θεμιστοκλής, ναυμάχος αλλά και πολιτικός, προσέγγιζε στα παράλια και όπου υπήρχαν πηγάδια και πηγές νερού και μπορούσαν να σταματήσουν για ύδρευση τα καράβια του Ξέρξη. Εκεί σε περίβλεπτα μέρη, έγραφε πάνω σε βράχους μια έκκληση προς τους Ίωνες, που σκοπό είχε να τους προσελκύσει στο ελληνικό στρατόπεδο η το λιγότερο να τους κάνει υπόπτους στον Ξέρξη.
Οι επιγραφές έλεγαν:
- Ασχημα κάνετε Ίωνες να πολεμάτε τους πατέρες σας και να υποδουλώνετε την Ελλάδα. Ελάτε μαζί μας. Αν αυτό σας είναι αδύνατο, μείνετε τουλάχιστον μακριά από τα πλοία μας και παρακινείστε τους Κάρες να ακολουθήσουν το παράδειγμά σας. Αν μήτε το ένα μήτε το άλλο μπορείτε να κάνετε, αν ανώτερη δύναμη σας εμποδίζει να αυτομολήσετε, φανείτε τότε νωθροί κατά την μάχη, θυμούμενοι ότι από εμάς κατάγεστε και ότι εσείς είστε η αιτία, για την οποία μας πολεμούν οι βάρβαροι.
Το Αρτεμίσιο δεν σχετίζεται σε ιστορική σημασία με την Σαλαμίνα. Ο Πίνδαρος όμως σε επιγραμματική του κρίση αναφέρει ότι εκεί τα παλικάρια της Αθήνας έβαλαν περίλαμπρο της λευτεριάς θεμέλιο.