Получив должность стратега, Фемистокл убеждал сограждан встретить варваров на судах как можно дальше от Эллады, но безуспешно. Только приближение персидских войск побудило афинян отправить Фемистокла к мысу Артемисий для охраны пролива. Фемистокл, несмотря на то что у Афин было больше триер, уступил командование спартанцу Эврибиаду; он утешал других афинян, что если они докажут свою храбрость на войне, он заставит всех эллинов подчиняться им. Стратегу удалось убедить Эврибиада не уходить к берегам Пелопоннеса.

Флот из афинских и спартанских кораблей во главе с Эврибиадом расположился у мыса Артемисий. Эврибиад на переходе к цели встретил десять передовых персидских судов и, не вступая в бой, отошел к Халкиде. Однако на следующий день персидский флот у мыса Суний потерял во время шторма треть судов, и греки вернулись к Артемисию.

Персы исправили свои суда и решили дать бой, ибо занятие острова Эвбея давало им важную промежуточную базу. Несмотря на потери, они располагали еще 800 судов и отправили 200 из них в обход острова Эвбея, чтобы окружить и истребить полностью греческий флот. Однако греки узнали от пленных, взятых в ходе стычек, про обходное движение. Фемистокл видел, что необходимо разбить одну из неприятельских частей. Как ни заманчиво было нападение на 200 обходящих судов, флотоводец понимал, что при движении к ним навстречу главные силы персов последуют за ним, и тем самым быстрее осуществится вражеский план. Фемистокл использовал оригинальную тактику. Незадолго до захода солнца греческие триеры направились к месту стоянки противника. Персы также начали сниматься с якоря и строиться. Персидские суда были больше размером, чем триеры, которые, однако, превосходили их скоростью и маневренностью. Греки выждали, когда солнце станет заходить, по сигналу с триеры Эврибиада (поднятый щит) решительно атаковали сомкнутой массой один из флангов и истребили 30 неприятельских судов.