阿特米斯姆海战与公元前480年的特莫比莱战役同时发生。

在夏末接近阿特米斯姆时，波斯海军在马格尼西亚海岸遇到了大风，损失了约1200艘船只的三分之一。

抵达阿尔特米西姆后，波斯人派出一支由200艘船组成的分遣队，绕过欧博亚海岸，试图困住希腊人，但这些船在另一场风暴中被卷入，并遭遇船难。

战斗的主要行动是在两天的小规模交战之后发生的。双方打了一整天，损失大致相当；然而较小的盟军舰队却无法承受这些损失。

交战结束后，盟军收到了联军在特莫比莱失败的消息。他们的战略是同时守住塞莫普莱和阿特米斯姆。因此，鉴于他们的损失，盟军决定撤到萨拉米斯。波斯人占领了波欧提亚，并占领了现在已经被疏散的雅典。然而，为了寻求对盟军舰队的决定性胜利，波斯人后来在480年末的萨拉米斯战役中被击败。