Když v roce 481 př. N. L. Začala druhá perská invaze do Řecka, byl Leonidas vybrán, aby vedl spojené řecké síly, a to kvůli reputaci Sparťanů jako nadřazené armády království a kvůli své vlastní schopnosti generála. Říká se, že král navštívil Oracle v Delfách, které byly konzultovány ohledně důležitých státních záležitostí po celém starověkém Řecku, a Oracle přednesl velký verš, který mu v podstatě řekl, že musí položit svůj život, aby zabránil tomu, aby jeho království bylo zpustošeno. Persií.
V srpnu 480 před naším letopočtem vyrazil Leonidas vstříc armádě perského krále Xerxa v Thermopylách, úzkém pobřežním průchodu, který ležel na cestě Peršanů do vnitrozemí. Měl s sebou jen 300 elitních sparťanských vojáků a 900 otroků, k nimž se přidal, když pochodoval napříč jinými městskými státy a skončil s celkovou armádou mezi 4000 a 7000 muži. Byla předložena různá vysvětlení, proč byla síla tak malá; Hérodotos se domníval, že Sparťané pochodovali rovně, takže bylo vidět, že nemají strach, s očekáváním, že bude shromážděna větší armáda a bude brzy následovat, ale moderní historici věří vnitřním sporům nebo dokonce skutečnosti, že se konají olympijské hry v té době za to mohla vina.
Perská armáda, které čelili, měla obrovské množství. Od té doby byl odhalen Herodotův odhad dvou milionů mužů, ale toto číslo bylo nejméně 70 000 a možná až 300 000. Následovala čtyřdenní patová situace, poté Peršané zaútočili pátý den. Po dva dny Řekové zadrželi Peršany a zabili přibližně 10 000 jejich mužů, včetně dvou bratrů krále Xerxa. Sedmého dne kontaktoval zrádce jménem Ephialtes perského generála Hydarnesa a ukázal mu skrytou cestu, po které by se mohl dostat, aby se dostal za Řeky. Leonidas věděl, že je nyní obklopen, a proto poslal pryč všechny řecké jednotky a rozhodl se zůstat v průsmyku se svými 300 Spartany a otroky, 400 Thebany a 700 Thespians.
Herodotus zaznamenal, že Leonidas poslal muže pryč zajistili, že budou žít, aby bojovali další den a byli užiteční v budoucí bitvě proti Peršanům, a Sparťané zůstali, aby chránili útěk Řeků, a protože nikdy nemohli opustit své postavení na bojišti. Thespians měl být poslán pryč s ostatními Řeky, ale zůstal pozadu ze své vlastní vůle.
Xerxes údajně nabídl, že ušetří život Sparťanů, pokud se vzdají svých zbraní, na což Leonidas odpověděl “ ΜΟΛΩΝ ΛΑΒΕ “(přijďte a vezměte je). Muži poté bojovali s hořkým posledním postavením proti Peršanům a všichni byli zabiti kromě 400 Thébanů, kteří se Peršanům bez boje vzdali. Poté, co byl zabit Leonidas, Sparťané bojovali o získání Leonidovi bylo v době jeho smrti přibližně 60 let a jeho nástupcem byl jeho syn Pleistarchos.