Успехи персов у Фермопил открыли им путь в Центральную Грецию, Беотия подчинилась им. Армия греков находилась у Истма — перешейка, отделяющего Центральную Грецию от Пелопоннеса, где велись работы по его укреплению. В этой критической для Афин ситуации граждане пошли на крайние меры, приняв план Фемистокла: все боеспособные мужчины сели на корабли, отправив жен, детей и стариков на о. Саламин и в соседнюю Трезену. Захватив город, персы предали его разорению, сжигая дома и разрушая храмы (некоторые памятники увезли в Персию). Фемистокл, веря в афинский флот, настаивал на морском сражении, которое и произошло у Саламина. Персидский флот потерпел сокрушительное поражение. Красочное описание Саламинского боя дал в трагедии «Персы» (ст. 412-428) Эсхил, который сам принял в нем участие:
Сперва стояло твердо войско персов;
Когда же скучились суда в проливе,
Дать помощи друг другу не могли
И медными носами поражали
Своих же — все тогда они погибли,
А эллины искусно поражали
Кругом их… И тонули корабли,
И под обломками судов разбитых,
Под кровью мертвых — скрылась гладь морская.
Покрылись трупами убитых скалы
И берега, и варварское войско
В нестройном бегстве все отплыть спешило.
И как тунцов или другую рыбу
Их эллины остатками снастей,
Обломками от весел били; стон
С рыданьями стоял над гладью моря,
Пока всего не кончил мрак ночной.
Поражение при Саламине наметило перелом в войне. Царь Ксеркс вернулся в Персию; Мардоний, оставшийся командующим, отвел персидскую армию на зимовку в Фессалию. Зимой шли переговоры между союзниками относительно планов летней кампании. Афины, земли которых персы вновь опустошили в следующем, 479 г., настаивали на активных военных действиях. Спарта, безопасность которой обеспечивала постройка стен, перегородивших Истм, медлила, и лишь угроза Афин заключить мир с персами (Мардоний предлагал его на самых выгодных для Афин условиях) заставила ее изменить свою позицию. Решительная битва произошла в Беотии (на границе с Аттикой) у Платей, где персидская армия была наголову разбита объединенными силами греков, причем основную роль в сражении сыграли спартанцы. Согласно преданию, в тот же самый день в морском бою у мыса Микале (Малая Азия) греки разбили и персидский флот; здесь, очевидно, исход сражения определил переход на сторону союзников малоазийских греков. Победа греков была полной, и очень скоро ни одного вражеского воина не осталось в материковой Греции. Военные действия переносятся на территорию Малой Азии, и война меняет свой характер. Начинается новый период греко-персидских войн.
Итак, несмотря на сложность ситуации, отсутствие единства среди греков, нейтралитет или прямую враждебность ряда городов, постоянную подозрительность и недоверие во взаимоотношениях союзников, внутриполитическую борьбу в полисах, необходимость преодолевать традиции как в политике, так и в военном деле, союз полисов смог одержать победу над Персией. На первый взгляд решающую роль сыграло чисто военное обстоятельство — превосходство строя фаланги и гоплитского вооружения. Однако сводить эту победу к чисто военному фактору было бы неправильно. Сама фаланга гоплитов — производное от природы полиса. Не случайно некоторые современные исследователи в связи с возникновением фаланги говорят о «гоплитской революции». В греко-персидских войнах полис отстоял свое право на существование. Следует подчеркнуть, что основную роль в борьбе за независимость Греции сыграли те полисы, где масса гражданства сама выступала вершителем своих судеб.
Изгнание персов с территории Греции не означало конца войны. Она продолжалась, но уже в ином общеполитическом контексте, который определялся тремя основными событиями: отходом спартанцев от военных действий, созданием Делосского союза (симмахии) и переходом руководства к Афинам.
Разгром персов при Платеях и Микале, помимо чисто военного аспекта, имел еще и значительные моральные последствия. Персы окончательно лишились ореола непобедимости, что придало смелости их противникам. Греки перешли в наступление. Военные действия успешно развертываются на севере Эгеиды, в Пропонтиде и у берегов Фракии, где оставались еще персидские силы. Официальный лозунг войны этого этапа — «отмщение варварам». Помимо старых членов союза, в военных действиях принимали участие и островные полисы, отпавшие от Ахеменидов. Руководство союзными силами по-прежнему осуществляли спартанцы, однако вскоре Спарта отходит от военных действий. В Спарте разразился серьезный политический кризис, вызванный необходимостью определить основное направление внешней политики полиса в новых условиях. Часть руководителей Спарты (во главе с Павсанием — победителем при Платеях) стояла за продолжение войны и создание собственного флота (поскольку, опираясь только на сухопутные силы, невозможно было успешно вести войну в Эгеиде и Малой Азии). Эта программа сочеталась с амбициями самого Павсания, стремившегося, вероятно, установить режим личной власти. «Традиционалисты» же полагали, что Спарта не может позволить себе значительного отвлечения сил для «заморской» политики. Опасность восстания илотов и брожения среди союзников были слишком реальной угрозой, чтобы Спарта могла думать о «великодержавной» внешней политике. Большинство в народном собрании поддержало «традиционалистов», и Павсаний был устранен с политической арены.
Полисы, решившие продолжить войну, в 478/7 г. собрались на о. Делосе и учредили новый союз, руководителем которого стали Афины — наиболее мощный среди союзников полис, обладавший самым большим флотом. Этот союз обычно называют Делосской симмахией, позднее — Афинским морским союзом (о нем см. ниже). По решению союзников создается общая военная казна, куда каждому вменялось вносить определенную сумму (форос). Первую раскладку фороса произвел афинский политический деятель Аристид, известный своим бескорыстием и справедливостью.
В Афинах в эти же годы был изгнан остракизмом самый популярный лидер первого периода войны — Фемистокл. Наибольшим влиянием пользуются деятели аристократического происхождения и умонастроения — Аристид (вскоре умерший) и особенно сын Мильтиада Кимон, способный и энергичный полководец. Как истинный представитель земледельческой знати, он отличался лаконофильством — чертой, характерной для идеологии аристократии. Спартанские порядки представлялись ему идеалом, отсюда стремление к союзу со Спартой. И хотя демос не сочувствовал подобным идеям, популярность Кимона как удачливого полководца была велика. По свидетельству древних, он «не обладал даром изощренного аттического красноречия, но в характере его было много благородного и искреннего и по своему душевному складу муж этот был скорее пелопоннесец. «И груб и прост, но в подвигах велик» — так характеризовал Кимона Плутарх в его биографии (IV). В лице Аристида и Кимона афинская аристократия активно включилась в дело создания морской мощи своего полиса и расширения сферы господства Афин.
Основные театры военных действий — по-прежнему север Эгеиды и Малая Азия. Афины, крайне заинтересованные в морском пути, ведущем в бассейн Черного моря, стремятся обеспечить себе опорные пункты на этом пути (Пропонтида, побережье Фракии, Эвбея). Кроме того, во Фракии (в районе Пангея) имелись богатые золотые рудники, весьма привлекавшие афинян. Полисы Пропонтиды и территории на Фракийском побережье переходят под контроль союза. Малоазийские города также все более оказывались в сфере Делосской симмахии. Попытка персов остановить экспансию Афин окончилась для них катастрофой у Евримедонта (южное побережье Малой Азии), где в 468 г. союзники под командованием Кимона разгромили одновременно большой флот персов (до 200 триер) и сухопутную армию. Практически все малоазийские города на долгий срок оказались включенными в Делосский союз независимо от их желания. Персы отказались от попыток восстановить свою власть над ними и в дальнейшем проводили оборонительную стратегию.