Быстрый рост экономики позволил Афинам не только стать лидером среди греческих государств, но и сделал их зависимыми от продовольственных поставок из Причерноморья. Продвижение Персидской империи на запад угрожало безопасности стратегических тортовых путей вдоль побережья Малой Азии.
После того как Афины поддержали восстание в персидских колониях Малой Азии, царь Персии Дарий начал военные действия против греков. И 490 г. до н.э. 25-тысячное персидское войско достигло Аттики, но потерпело сокрушительное поражение от 10-тысячной армии афинян в Марафонской битве.
В 485 г. до н.э. Дарий умер. Его сын Ксеркс возобновил войну с Грецией. В 480 г. до н.э. Ксеркс собрал разноплеменное войско со всех просторов своей империи и начал массированное наступление на Грецию с моря и с суши. Около 30 греческих городов-государств заключили оборонительный союз в Коринфе, но часть полисов уклонились от участия в коринфском совете, а Дельфийский оракул дал неблагоприятное предсказание. Объединенные греческие сухопутные и морские силы возглавила Спарта, а стратегию военных действий разработал афинский полководец Фемистокл. Спартанский царь Леонид повел армию к ущелью Фермопилы, неподалеку от нынешней Ламии, открывающему проход в Центральную Грецию с севера. В узком ущелье у оборонявшихся было преимущество, и, хотя персидская армия во много раз превосходила по численности отряд греков, воины Леонида несколько дней успешно отражали атаки персов. В результате предательства местного жителя персы зашли в тыл врага по узкому горному проходу. Большая часть греков отступила, но Леонид и 300 спартанцев предпочли отступлению героическую гибель.
Спартанцы и их пелопоннесские союзники отступили и занялись постройкой укреплений на Коринфском перешейке, а персы двинулись на Афины. Жители покинули город. Женщин и детей перевезли на Пелопоннес и остров Саламин, мужчины присоединились к афинскому флоту. Персы заняли и сожгли Афины. Но на море персов ждала неудача. В морском сражении при Саламиие большая часть персидского флота была уничтожена. Греческий флот под командованием Фемистокла, состоявший из более маневренных кораблей, имел преимущество в узких проливах с изрезанной береговой линией.
Ксеркс вернулся в Персию, потеряв в Греции 300-тысячную армию. Дальнейшими боевыми действиями руководил его родственник Мардоний. Но через год греки под предводительством спартанского полководца Павсания разгромили персидскую армию в битве при Платеях.