Когда на четвертый день шторм улегся, персидский флот двинулся вдоль берега к Пагасейскому заливу и вскоре после полудня стал на якорь в Афетской бухте, имевшей глубину около 73 м и окруженной со всех сторон горами, хорошо защищавшими от ветра и волн. Однако скалистые и крутые берега не давали возможности вытащить корабли на берег.
Суда греков, находившиеся в бухте и закрытые высокими горами, не были видны персам из Трикирийского пролива. Персы завидели греческий флот лишь при входе, с расстояния в 7 миль, но, находясь в походном строю, не решились на нападение.
На следующий день персидские корабли были приведены в порядок, начальниками был произведен смотр и состоялся военный совет. Для того, чтобы отрезать грекам отступление и не выпустить ни одного из их судов, было решено немедленно послать в обход Эвбеи эскадру в 200 кораблей, причем она должна была обогнуть и остров Скиатос, чтобы не быть замеченной греками. Произвести нападение было решено лишь по получении сигнала от судов, зашедших в тыл к грекам.
Между тем, последние, завидя колоссальные силы персидского флота, который они считали почти погибшим, вновь стали помышлять об отступлении. Фемистоклу пришлось приложить все свои силы и употребить все свое влияние, чтобы убедить Эврибиада и коринфян удержать прежнюю позицию. По получении от перебежчика известия об отряде, отправленном в обход, был созван военный совет, на котором после долгих колебаний было решено напасть на врага в тот же вечер, чтобы ознакомиться с его приемами и узнать, насколько он умеет совершать маневры, особенно же маневр прорыва сквозь строй.
Лишь только персы заметили приближавшихся к ним греков, они двинулись им навстречу в уверенности, что им легко удастся захватить весь греческий флот, подвигаясь по принятому у финикийцев обыкновению строем в виде полумесяца. Но греки не вышли на свободную воду широкого Трикирийского пролива, а задержались в устье пролива Ореос и по сигналу рога оттянули свои фланги немного назад, так что те пришли в соприкосновение с обоими берегами и закрыли весь вход. Таким образом, их боевой строй имел вид дуги с выпуклостью, обращенной к неприятелю, и состоял из двух рядов судов, обращенных к неприятелю носом. Выждав приближение неприятеля, греки по второму сигналу обрушились на него, и в это же время финикийцы сделали попытку прорвать строй греческих судов. Грекам удалось легко справиться с прорвавшими их строй финикийскими судами в то время, когда те разворачивались, с помощью судов, поставленных по мудрому совету Гераклида во втором ряду. При этом без значительных потерь удалось захватить 30 судов у неприятеля, ошеломленного неожиданным маневром. Наступившая вскоре темнота положила конец бою.
Греки, к которым присоединился еще один лемносский корабль, вернулись на свою безопасную позицию, а персы были вынуждены опять становиться на якорь в глубоких водах Афетской бухты. Поздним вечером разразилась буря с грозой и проливным дождем, что заставило персов провести очень беспокойную ночь. Эта же буря оказалась роковой для обходного отряда, который с раннего утра выступил к северу Скиатоса для обхода греков. Он был выброшен на рифы у юго-восточных берегов Эвбеи и весь погиб у ее скалистых берегов.
На следующий день персы ничего не предприняли, так как были удручены неудачей предшествовавшего дня, нуждались в отдыхе после бессонной ночи и должны были исправить повреждения. Кроме того, они ожидали сигнала от обходного отряда.
У греков же, наоборот, настроение было приподнятое; известие о гибели обходного отряда его еще улучшило, так как на случай отступления обратный путь оказывался свободным; кроме того, к ним подошли еще 53 новых афинских корабля. Всего Афины выставили на защиту отечества 200 кораблей – все свои морские силы; из них на 180-ти команду составляли афиняне и дружественные им платейцы, а на остальных 20-ти – переселившиеся из Афин в Халкиду клерухи. Таким образом, афинские суда составляли почти две трети всего флота, в котором насчитывалось теперь до 324 кораблей.
К вечеру греки опять атаковали персов, но встретились только с несколькими киликийскими кораблями, по всей вероятности, высланными позднее для соединения с главными силами персов. Они не могли найти персов у Афета, приняли греков за них, и были ими потоплены. С наступлением темноты греки опять возвратились на свою удобную стоянку.
Не получив и на следующее утро известий от обходного отряда, персидские адмиралы более не решились медлить с прорывом в Малиакский залив, зная, что Ксеркс уже шесть дней тому назад прошел Алос (в Пагасейском заливе). Поэтому к полудню весь флот их вышел из гавани и выстроился в Трикирийском проливе (6000 м шириной) в виде полумесяца, растянувшегося на протяжении нескольких миль против входа в пролив Ореос.
Подготовившись так к решительной битве, персы намеревались окружить греков, но те благоразумно не вышли на открытую воду, а выстроились между Гистиайским заливом и островом Аргиро, заперев пролив, суживающийся в этом месте до 3200 м. Для этого, принимая ширину корабля с веслами в 15 м, им понадобилось всего 213 кораблей, что при наличии 324 трирем оставляло в их распоряжении свыше 110 кораблей для арьергарда, или второго ряда, и для защиты узенького пролива между маленьким островком и материком.
Персы двинулись на врага в полном порядке, но, войдя в пролив, стали мешать друг другу, ломать весла, и нарушили строй; когда они подошли достаточно близко к грекам, те по сигналу устремились на них, и по всей линии завязалась жестокая битва, во время которой обе стороны сражались одинаково храбро. В рядах греков особенно отличились афиняне, среди которых выделился Климий, отец Алкивиада. Но в силу большого численного перевеса персов грекам все-таки не удалось одержать решительной победы. Тем не менее, они удержали позицию, а персы были вынуждены вернуться на свою старую якорную стоянку.
Персидские потери превышали греческие, хотя и у греков много трирем было захвачено неприятелем вместе с командой, а половина афинских кораблей имела течь или другие аварии. Это обстоятельство делало сомнительной целесообразность пребывания флота у Артемизия, тем более, что там не имелось средств для починки судов. К тому же триаконтера, державшаяся у Фермопил, вернулась в Гистиайский залив с известием о взятии Фермопильского прохода и гибели Леонида с войском; после этого дальнейшее пребывание флота у Артемизия потеряло всякий смысл, и он вернулся через Эвбейское море в Саронический залив.
Фемистокл взял на себя командование арьергардом и должен был прикрывать отступление. На пути он делал на прибрежных скалах узких проливов бросавшиеся в глаза патриотические надписи, надеясь привлечь на свою сторону малоазийских греков.
Таким образом, флот не добился существенного успеха, открыв врагу путь к Афинам, уступив остров Эвбею и греческие берега. Тем не менее, дни у Артемизия не прошли бесполезно для флота; он выполнил свою задачу, удержавшись на своей позиции и не допустив персов к проливу. Кроме того, встреча с более сильным врагом дала возможность изучить его тактику и проверить собственные приемы, до сих пор практиковавшиеся лишь на маневрах. Греки пришли к убеждению, что персидский флот не так уже страшен. Все это впоследствии принесло свои плоды в Саламинской битве.
