Варвары недолго медлили, охватив плотным полукругом небольшой эллинский флот. Первыми ринулись в атаку египетские суда, а за ними следом устремились на эллинов грозные финикийские триеры с высокими чёрными бортами, с таранами в виде бронзовой бараньей головы. Вскоре весь персидский флот вступил в сражение, стремясь прорвать строй эллинских триер.
Это была очень яростная битва. Варвары, раздосадованные своими недавними неудачами, стремились смять и уничтожить корабли эллинов, которым некуда было бежать. Столкновения персидских и греческих триер напоминали боданье рассвирепевших быков. У персов не было возможности, чтобы таранить эллинские триеры в борт, поскольку те стояли тесным строем, устремив на врага свои тараны. Персидские суда шли на греческие корабли лоб в лоб, сталкиваясь с ними и пытаясь оттеснить назад, дабы в эту брешь могли втиснуться суда варваров из второй и третьей линии. Там, где персам удавалось вклиниться в боевые порядки эллинов, палубы близко стоящих кораблей превращались в поле битвы. Где-то варвары захватывали в абордажной схватке эллинскую триеру, где-то эллинам сопутствовала удача в бою, и в их руки попадал персидский корабль. Убитые и раненые с обеих сторон во множестве падали за борт и шли на дно; некоторые из бездыханных тел волнами выносило на галечные пляжи мыса Артемисий.