根据间谍情报，萨拉米斯海峡西口没有设防，足以证明希腊人不想决战。

薛西斯立即给埃及分舰队下了一道秘密命令：从南方绕过萨拉米斯岛，全速前进，封锁海峡西口。

第二道命令：让所有战舰集结抛锚，解除战斗戒备，让士兵们纵情玩乐。

入夜，薛西斯突然又下达了第三道命令：让波斯联合舰队所有的舰只起锚出航，前往萨拉米斯海峡东口。

9 月23 日凌晨，波斯舰队对希腊联合舰队的合围顺利完成。海峡西端，200 艘埃及战舰已经按时到达指定位置，堵死了希腊联合舰队的退路；海峡东端，800 多艘波斯战舰排列成三列，将海面遮盖的严严实实，一条小鱼也别想漏过去。薛西斯意在必得，把指挥权交给皇后兼海军司令阿提米西亚，自己则在皮劳斯河口旁的一个山丘上搭起帐篷，安下宝座，悠悠然准备隔岸观战。

希腊人还在为是战是跑的问题争论不休的时候，一位反对过提米斯托克利斯的将领突然从门外冲进来，他气喘吁吁地喊道：“停止你们的辩论，准备战斗吧！波斯舰队已经堵死了海峡全部出口，我们被包围了。”所有将领们听到这个消息都大惊失色。提米斯托克利斯会心一笑，昂然站了起来。他详尽地陈述了自己拟定好的作战方案，最后对大家说：“这一仗要么打胜，要么就是舰队和希腊的彻底毁灭。”

没有任何选择的余地。被逼到绝境的希腊联合舰队在提米斯托克利斯的指挥下迅速展开了阵形：科林斯分舰队开往海峡西端顶住埃及分舰队的冲击；主要力量集中在海峡东端，180 艘雅典战舰在左翼，16 艘斯巴达战舰在右翼，其他城邦的战舰在中央。

波斯舰队排成一字长蛇阵逼压过来。步步推进的过程中只有一个小意队：海峡的中间横着一个叫普西塔利亚的海马状小岛，把海峡口一分为二，宽的一侧有1200 米，窄的一侧只有800 米。波斯陆战队占领这个仅宽1800米的讨厌的小岛没费吹灰之力，但波斯大舰队不得不分成两股从小岛旁边绕过，排列整齐的队形一下子被打乱了。舰多道窄，不能展开作战的队形，只能前后连成长线。其时又刮起了大风，波涛翻滚，使得这些战舰像醉汉一样摇晃不定几乎要失去控制。这时，严阵队待的希腊联合舰队划起长桨，呐喊着从海峡中杀了出来。

决定性的战斗是在左翼展开的。一般接一艘的雅典战舰飞快地穿过腓尼基分舰队和海岸之间的水面，就在薛西斯眼皮底下向海峡口驶去。当时，波斯大帝薛西斯正坐在帐中饮酒作乐，盘算着在隆重仪式上如何接受希腊舰队的投降呢。他的身旁已经站着一个手执纸笔的史官，开始记录下波斯人打败希腊人的经过了。腓尼基的战舰以为希腊人要夺路而逃，立即上前阻截，哪知雅典海军舰首突然齐转，以决死的姿态朝笨拙地挤成一团的腓尼基舰队冲来。

古希腊著名的悲剧家埃斯库罗斯曾亲自参加了这次海战。他后来在悲剧《波斯人》中用波斯人的口吻十分精彩地描述道：