Die Seeschlacht von Artemesium fand zur gleichen Zeit wie die Schlacht bei den Thermopylen 480 v. Chr. statt.
Bei der Annäherung an Artemisium gegen Ende des Sommers geriet die persische Marine vor der Küste Magnesiens in einen Sturm und verlor etwa ein Drittel ihrer ~1.200 Schiffe.
Nach der Ankunft in Artemisium schickten die Perser eine Truppe von 200 Schiffen um die Küste von Euböa, um den Griechen eine Falle zu stellen, aber diese wurden in einem weiteren Sturm überrascht und erlitten Schiffbruch.
Die Hauptaktion der Schlacht fand nach zwei Tagen mit kleineren Gefechten statt. Die beiden Seiten kämpften den ganzen Tag, mit ungefähr gleichen Verlusten; die kleinere alliierte Flotte konnte sich die Verluste jedoch nicht leisten.
Nach dem Einsatz erhielten die Alliierten die Nachricht von der Niederlage der alliierten Armee bei den Thermopylen. Ihre Strategie bestand darin, sowohl die Thermopylen als auch Artemisium zu halten. Angesichts ihrer Verluste beschlossen die Alliierten daher, sich nach Salamis zurückzuziehen. Die Perser überrannten Böotien und eroberten das nun evakuierte Athen. Auf der Suche nach einem entscheidenden Sieg über die alliierte Flotte wurden die Perser jedoch später, Ende 480, in der Schlacht von Salamis besiegt.