Nhận được lời thỉnh cầu từ lực lượng Liên Minh Hy Lạp, nhằm giúp các thành bang Hy Lạp chống lại cuộc xâm lăng của đế chế Ba Tư. Người Sparta đã hỏi ý những vị tu sĩ tiên tri ở đền thờ Apolo tại Delphi. Ở đây, người Sparta nhận được bài lục ngôn thi sấm truyền:

   For you, inhabitants of wide-wayed Sparta,
   Either your great and glorious city must be wasted by Persian men,   Or if not that, then the bound of Lacedaemon must mourn a dead king, from Heracles' line.   The might of bulls or lions will not restrain him with opposing strength; for he has the might of Zeus.   I declare that he will not be restrained until he utterly tears apart one of these.

Tạm dịch:

   Nghe đây hỡi dân Sparta, đây là số phận các người:   Hoặc thành phố vĩ đại, danh tiếng của các ngươi sẽ bị phá hủy bởi Ba Tư   Hoặc, nếu điều đó không xảy ra, toàn bộ đất Lacedaemon sẽ phải khóc tang một vị vua dòng Heracles,   Cho dù sức mạnh của sư tử hay bò mộng cũng không giữ chân được định mệnh,   Chỉ bằng đối đầu trực diện; bởi lẽ nó có quyền năng của Zeus   Và sẽ không thể bị ngăn trở cho đến khi một trong hai điều trên linh nghiệm.

Vào tháng 8 năm 480 trước Công nguyên, Leonidas ước đánh với quân đội Xerxes ở Thermopylae dẫn theo chỉ một lực lượng khoảng 300 chiến binh Sparta. Có rất nhiều giả thuyết khác nhau về lý do tại sao Leonidas chỉ đi với một lực lượng nhỏ như vậy. Theo Herodotus: "Leonidas dẫn theo 300 quân đội chính quy tinh nhuệ, để tầm nhìn của họ có thể khuyến khích quân đội miền Nam, giúp chúng dám đấu tranh và ngăn chúng đầu hàng. Ngoài ra, lực lượng tổng cộng trong trận này của Đại Hy Lạp vào khoảng 4 tới 5 ngàn quân. Đội quân này phải chiến đấu với số lượng khổng lồ 80.000 tới 290.000 chiến binh có vũ trang của quân Ba Tư.

Xerxes chờ đợi bốn ngày mới tấn công, hy vọng những người Hy Lạp sẽ rút lui. Cuối cùng, Ba Tư tấn công vào ngày thứ năm. Leonidas và những người chiến binh của mình đẩy lùi cuộc tấn công trực diện của Ba Tư trong ngày thứ năm và thứ sáu, giết chết khoảng 20.000 quân địch và mất khoảng 2.500 quân. Các đơn vị tinh nhuệ Ba Tư sợ là người Hy Lạp "bất tử" nên đành quay lại, hai anh em Xerxes (Abrocomes và Hyperanthes) đã chết trong trận này. Vào ngày thứ bảy (ngày 11 Tháng Tám), một kẻ phản bội Hy Lạp là Ephialtes, dẫn Ba Tư tới khúc núi phía sau của người Hy Lạp. Lúc đó Leonidas điều lại tất cả các quân đội Hy Lạp và chỉ giữ lại 300 chiến binh Sparta của ông, 900 người Helots, và 700 Thespians. Họ tuyên bố rằng họ sẽ không từ bỏ Leonidas và những người theo ông. lãnh đạo của họ là Demophilus, con trai của Diadromes, và như Herodotus viết: " Do đó họ sống với Sparta và cũng chết với Sparta"

Một giả thuyết của Herodotus là Leonidas đã thoái bớt quân bởi vì ông lo cho sự an toàn của họ. Nhà vua đã có thể đã khôn ngoan để giữ gìn những quân Hy Lạp cho những trận chiến trong tương lai chống lại người Ba Tư, nhưng ông biết rằng không bao giờ có thể bỏ quân Sparta. Mặt khác, các binh sĩ ở lại phía sau là để bảo vệ đường thoát của họ chống lại các kỵ binh Ba Tư. Vì thế, ông đã chọn để bỏ tất cả các quân trừ Thespians và Helots và lưu lại vinh quang cho Sparta.

Ngôi mộ của Leonidas ngày hôm nay nằm ở phần phía bắc của thành phố hiện đại Sparta. Ngoài ra, có một đài tưởng niệm tại khu vực của trận Thermopylae, được gọi là "Tượng đài Leonidas" để vinh danh ông. Ở đó có một bức tượng bằng đồng của Leonidas khắc đơn giản là: "Μολών λαβέ" ("Hãy tới đây mà lấy!") Đó là khi người Sparta nói khi người Ba Tư yêu cầu họ hạ vũ khí. Sự sùng bái anh hùng Sparta Leonidas tồn tại mãi cho đến kỷ nguyên Antonines.