斯巴达人只派出一支由李奥尼达率领的小股军队前往守护连接塞萨利和南部诸省的交通要道。这是一道位于高山与大海之间的险要关隘。李奥尼达指挥英勇的斯巴达士兵死守关口。但关键时刻一个名叫伊菲亚特斯的叛徒出卖了斯巴达人，他带着一支波斯军队沿马里斯附近的小路穿过山区，从后方包夹李奥尼达。于是在温泉关口爆发了一场激战，双方激烈厮杀至深夜。最后，李奥尼达及其部下全部英勇阵亡。
温泉关口失守之后，波斯军队得以在希腊平原上长驱直入，希腊许多土地相继失落。波斯人攻至雅典，激战之后占领了雅典卫城，一把火把卫城烧成了平地。幸存的雅典人狼狈逃往萨拉米岛。看起来希腊人的这一仗似乎没有翻盘的希望了。但是在公元前480年9月20日，德米斯托克勒斯率领着雅典海军出场了，他诱使波斯舰队驶进大陆与萨拉米岛之间的狭窄海面。双方仅仅交战了数小时，雅典人就击沉了四分之三的波斯战舰，一举扭转了战局。
这场战役下来，波斯人温泉关口的胜利战果就化为乌有了。波斯国王薛西斯只好率部撤回到塞萨利地区，把与希腊人进行最后决战的日子继续延到不可预知的来年。