Не успели два флота подойти друг к другу вплотную, как трубач на спартанском флагмане подал сигнал. Повинуясь ему, линия афинских триер выстроилась дугой. Теперь она походила на огромную выгнутую арку. Тем временем коринфяне на левом фланге повернули назад, избегая столкновения с приближающимися персами. Они направили свои устрашающие тараны на противника, кружащего вокруг них, как волки, собирающиеся наброситься на стадо овец. Препятствуя попыткам персов окружить (periplous) их флот, греки в конце концов выстроились в огромный замкнутый круг (kyklos), и корабли, находившиеся вначале по краям линии, теперь сомкнулись, обращаясь носом на юг. Кормовая часть триер вместе с рулевыми оказалась внутри круга, а носовая сторона ощетинилась таранами. Похоже на свернувшегося в кольцо дикобраза, выпустившего наружу все свои иглы.
Фемистокл рассчитывал на то, что оборонительное построение kyklos заставит противника слишком уверовать в свои силы. И когда персидский флот начал маневрировать вокруг греков, беззаботно подставляя борта противнику, Эврибад велел трубачу подать на сей раз знакомый сигнал к атаке. Услышав его, греческие гребцы вспенили веслами воду, и триеры рванулись вперед. Оказавшись за пределами защитного круга, каждый из рулевых искал в массе вражеских кораблей свою мишень, целя то ли в корпус, то ли в весельную банку. Персы не ожидали такого поворота событий. Греки поражали своими таранами борта, дробили весла, и один за другим вражеские корабли выходили из строя. Их несло к берегу, на палубе начиналась паника, и нападавшим оставалось только буксировать триеры к своему лагерю. В иных случаях греки взлетали на палубу вражеского судна, убивали либо захватывали в плен находившихся там воинов и объявляли корабль вместе со всей его командой военным трофеем.
Едва персы хоть немного пришли в себя от неожиданности и попытались организовать контратаку, как конец бою положила сгустившаяся тьма. Деморализованные моряки великой персидской армады расходились по своим убежищам. Вслед им течение несло останки кораблей, сломанные весла, тела погибших. Действия греков оказались настолько впечатляющими, что одна триера Ксеркса с острова Лемнос в Эгейском море перешла на сторону греков. В знак благодарности греки подарили триерарху участок земли на Саламине.