Отойдя от исходных позиций вглубь ущелья, Леонид с оставшимися воинами дал генеральное сражение, в котором и погиб. Его отряд был полностью разбит, победа была за Ксерксом. Под Фермопилами пало, по свидетельству Геродота, до 20 тысяч персов и 4 тысячи греков, включая спартанских илотов.Ополчение возглавил спартанский царь Леонид, отобравший для участия в битве три сотни воинов. Старейшины, как сообщают хроники, настаивали на увеличении числа отряда до одной тысячи человек, на что Леонид ответил: "Чтобы победить — и тысячи мало, чтобы умереть — довольно и трёхсот".
Основной задачей греков было задержать дальнейшее продвижение персидской армии на территорию Пелопоннеса. Узкое ущелье Фермопильского прохода позволяло решить эту стратегическую задачу даже с небольшими силами.
Согласно принятой диспозиции, греческое ополчение расположило свои силы в самых узких местах на пути армий Ксеркса. Это позволило уступающим по силам грекам компенсировать численное преимущество противника: греческая армия не нуждалась в большом количестве фуража (пропитания и корма для лошадей), тогда как персам для снабжения армии было жизненно необходимо пройти через Фермопилы вглубь полуострова.