公元前480年6月，波斯軍隊占領了希臘的狄薩利亞之後，繼續向南進發，一路跋山涉水，兵勢如虹，在溫泉關北面駐紮下來。
溫泉關地勢險要，歷來是兵家必爭之地。它的東面是一片茫茫的沼澤地，一直通向海邊，西邊是陡峭的高山，插翅難飛。真是“一夫當關，萬夫莫開”，素有中希臘“鑰匙”之稱，具有重有的軍事地位。
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只有幾千人。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。他將6000名戰士部署在溫泉關一線，1000名戰士部署在溫泉關後面的小道，以防波斯人從背後偷襲。
薛西斯寫信給列奧尼達，說波斯軍隊多得很，射出去的箭遮天蔽日，企圖嚇倒希臘人。斯巴達人哈哈大笑說：“那真是太好了，我們可以在蔭涼地里殺個痛快了！”
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。
薛西斯下令進攻，波斯人一擁而上，士兵亢奮、狂怒的喊殺聲，刀槍猛烈的撞擊聲，相互夾雜在一起，迴蕩在溫泉關上空。但波斯軍隊的數次進攻都被希臘守軍擊退，希臘守軍藉助有利的地形，使波斯士兵的屍體壘滿了關前。
波斯人整整打了一天，所有的衝鋒都被打退了。薛西斯更加惱怒，他命令把最精銳的波斯軍調上去，然後，他便坐在高坡上的王座上，準備親眼看著自己勝利的到來。
但這場發生在狹窄山溝里的激戰，波斯軍隊數量上的優勢根本發揮不出來。他們只能與斯巴達人進行一對一的廝殺。結果，一個個的波斯兵慘死在敵人的手下。
看著自己的軍隊無法取勝，薛西斯氣得暴跳如雷，眼見太陽落山，他只得下令收兵，準備明天再戰。
第二天，悍猛的波斯軍隊又發動了數次衝鋒，但結果同前一天一樣，只是使溫泉關前多增加了一些波斯士兵的屍體而已。正當薛西斯一籌莫展的時候，一個希臘叛徒前來求見，獻計經小路從背後包抄關上守軍。波斯王聞言大喜，馬上命令“長生隊”星夜兼程，順著那條小路，直撲希臘軍營，以圖使溫泉關守軍腹背受敵。
由於防守小路的希臘人連續幾天沒有戰鬥，所以都放鬆了警惕，直到黎明時波斯人的腳步聲才將他們吵醒。希臘人慌忙拿起武器抵抗，但由於寡不敵眾，被迫撤走。波斯人也不追趕，而是趕往溫泉關，夾擊斯巴達人。