麵對來勢洶洶的敵人，一向喜歡內部爭鬥的希臘各城邦組織了從未有過的聯合行動。30多個城邦組成了反波斯同盟，同盟軍總統帥由斯巴達國王列奧尼達擔任。
渡過赫勒斯邦海峽後，波斯大軍迅速席卷了北希臘，七八月間來到了德摩比勒隘口。該隘口是中希臘的“門戶”，依山傍海，關前有兩個硫磺溫泉，所以又叫“溫泉關”。關口極狹窄，僅能通過一輛戰車，是從希臘北部南下的唯一通道。這時希臘人正在舉行奧林匹克運動會，而在希臘，奧林匹克高於一切，運動會期間是禁止打仗的。因此，希臘人在關上布置的兵力隻有幾千人。當波斯人臨近的時候，斯巴達國王列奧尼達僅帶了300人來增援。
波斯大軍在溫泉關不遠的平原紮下大營以後，薛西斯首先展開了心理攻勢。他派人捎信給希臘守軍，說波斯兵多得數不清，光是射擊的箭矢就能把太陽遮住。勇敢的斯巴達人那能被嚇著，他們嘲笑說：“那太好了，我們可以在蔭涼裏殺個痛快”。
過了兩天，薛西斯又派人去打探希臘人的動靜，回報說希臘人把武器堆在一邊，有的梳頭、有的做操，絲毫沒有打仗的樣子。薛西斯大為奇怪，問詢知情者後方知，戰前梳頭是斯巴達人的習慣，意味著將要玩命血戰。薛西斯又耐心地等了四天，見守關的希臘人沒有絲毫投降的樣子，便下了命令，用武力活捉這些不知好歹的希臘人。
根據溫泉關地勢險要、山道狹窄，部隊不能展開行動，騎兵和車派不上用場的特點，薛西斯采取了派重裝步兵輪番衝擊的強攻戰法，企圖利用人數的優勢打垮斯巴達人。而斯巴達人卻利用溫泉關“一夫當關，萬夫莫開”的地形優勢，居高臨下，用鋒利的長矛凶狠地刺向手持波斯刀的敵人。波斯人倒下了一批又一批，攻打了一天又一天，卻沒能前進一步。薛西斯無奈，隻好拿出最精銳的一萬名禦林軍投入戰鬥，但除了拋下大片屍體外，還是攻不上去。見此情景，薛西斯急得三次從他督戰的寶座上站起來，皺著眉頭，抖動著胡子，狂躁地吼叫不已。
正當薛西斯無計可施的時候，一個名叫埃彼阿提斯的當地農民來報告說，有條小路可以通到關口的背後。薛西斯一聽，大喜過望，立即命令這個希臘叛徒帶領禦林軍沿著荊棘叢生的小道直插後山。他們穿峽穀，渡溪流，攀山崖。黎明的時候，越過一片橡樹林，接近了山頂。本來，列奧尼達在小路旁的山嶺上早已布置下1000餘名來自佛西斯城邦的守兵。因數日無戰事，他們便放鬆了警惕，直到寂靜的黑暗中傳來嘈雜的腳步聲時，他們才慌忙披掛上陣。波斯人已到跟前，羽箭像雨點般射來，佛西斯人敗走了。波斯人也不追趕，直向溫泉關背後插了下去。
斯巴達王列奧尼達得知波斯軍迂回到背後時，知道大勢已去。為保存實力，他把已無鬥誌的其他城邦的軍隊調到後方去，隻留下他帶來的300士兵迎戰。因為按照斯巴達傳統，士兵永遠不能放棄自己的陣地。700名塞斯比亞城邦的戰士自願留下同斯巴達人並肩作戰。
前後夾攻的波斯人潮水般撲向關口，腹背受敵的斯巴達人奮勇迎戰。他們用長矛猛刺，長矛折斷了，又拔出佩劍劈砍，佩劍斷了，波斯人擁了上來。斯巴達的勇士們殺退了敵人的四次進攻，拚死保護自己的統帥。他們的人數越來越少，逐漸被壓縮到一個小山丘上。殺紅了眼的波斯人，將殘餘的斯巴達人死死圍住，在口令聲中將雨點般的標槍投向他們，直到最後一個人倒下。至此，溫泉關才最終被攻占了。
付出兩萬波斯士兵生命的溫泉關血戰，對於薛西斯來說，就象是一場惡夢。一想到血戰到底，寧死不屈的斯巴達勇士，他就心驚肉跳地問：“斯巴達人是不是都是這樣的？”
據說，波斯人在打掃戰場時隻找到了298具斯巴達人的屍體。原來，有兩個斯巴達人沒有參加戰鬥。一個是因為害眼病，一個是因為奉命外出。戰後，他倆回到斯巴達時，家鄉的人都非常鄙視他們，誰也不理他們。其中一個人受不了這種屈辱，自殺了。另一個在後來的戰鬥中犧牲，但斯巴達人還是拒絕把他安葬在光榮戰死者的墓地中。