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公元前492年～公元前490年，波斯军两次远征希腊，均遭失败，但并未就此罢休。新即位的国王薛西斯一世继承先王的遗志，积极扩军备战，准备更大规模的远征。希腊人为抗击波斯再次入侵，于公元前481年结成以斯巴达和雅典为首的有30多个城邦参加的军事同盟，推举拥有强大陆军的斯巴达为盟主，组建希腊联军，准备迎敌。
波斯王大流士一世死了以后，他的儿子薛西斯登上王位。薛西斯为实现父亲的遗愿，发誓要踏平雅典，征服希腊。为此，他精心准备了4年，动员了整个波斯帝国的军力。在这个战役发生之前，波斯遣派了使者团进入希腊，劝说各个城邦放弃抵抗，臣服波斯帝国。波斯的使者代表甚至无耻地声称“我们只需要你们的水和土地（earth and water）”。希腊城邦都没有屈服，雅典直接把波斯使者扔进了深坑，而斯巴达则把前来的使者扔进了一口大井，说井里有的是水和土，并且嘲讽地建议井底的波斯使者尝试自力更生，挖条通道解救自己。
此后，薛西斯再次派出外交使节说服其他希腊城邦，但是却不敢派人前往雅典和斯巴达。而希腊的城邦却在这两个最强大的城邦领导下团结起来，公元前481年所有的城邦在科林斯召开了联盟大会，组成了希腊城邦联盟（Confederate Alliance of Greek city-states），使得在面对强敌之时可以统一分配各城邦军事力量，依照需要派遣到各个战略要点。希罗多德称这个暂时的军事同盟为“λληνε”，意即“宣誓的希腊人”。雅典和斯巴达是这个联盟的领袖，但是所有军事行动必须由所有城邦商讨后决定。而历史上这个同盟的内部机制很少有记载，大约有70个城邦派出了代表参加了这个战时同盟。 希腊同盟在一开始决定派出10000名由重装步兵和骑兵组成的部队在蓓溪谷进行布防，同盟认为波斯大军肯定会从这里经过。这支军队由奥内图斯率领的斯巴达人（非皇家卫队）和迪米斯托克利率领的雅典人组成。但是马其顿城邦指出蓓溪谷很容易在其他方位被波斯军队渗透，从而波斯军队利用数量上的压倒性优势可以迅速击败希腊军队。同盟采纳了他的建议，迅速撤出了防守蓓溪谷的部队，转而重新考虑防守要点。
经过慎密的研究考虑，同盟发现最好的可以阻击波斯大军的地点是温泉关，应该派遣陆军重点防守，并且派出一支舰队前往阿特米松海岬（因为薛西斯的军队主要依靠来自海上的补给），否则薛西斯的舰队就可以越过马利亚科斯海湾从侧翼包围希腊军队。英国著名的历史学家乔治·格罗特指出“希腊海军对北部海峡的控制非常重要，必不可少，因为这样可以防止波斯军队从温泉关守军的背后利用舰队进行登陆”。
在卡尼亚节期间，根据斯巴达的法律，任何军事行动必须停止。在上一次的马拉松战役中，斯巴达军队就因为这个节日的缘故而姗姗来迟，当他们到达马拉松战场时，雅典人早已沉浸在胜利的喜悦之中。而这一次斯巴达的元老们（ephor）决定破例派出由斯巴达两个国王中的列奥尼达率领一支精锐部队提前赶赴温泉关。希罗多德写道：“列奥尼达率领的这支短小精悍的军队希望用他们的精神鼓舞整个同盟，尽管所有的希腊人都在卡尼亚节的戒律中以及接下来的奥林匹克节日中无法出兵，但是他们同样不愿意看见温泉关很快落入波斯人手中，因此同盟同意了预先派出一支小规模军队前往温泉关驻防。”
根据希罗多德的记述，斯巴达人曾经在出发之前请求了德尔斐的神谕，神谕中写道：
“哦，居住在斯巴达宽广街道上的人们啊！
你们光荣的城镇要么将被帕尔修斯（Perseus）的子孙们洗劫，
要么将遍布拉哥尼亚广袤的大地。
为一个国王的倒下而默哀吧，那个赫拉克勒斯的后代！” ◆波斯军队方面：包括波斯人在内的各个仆从国军队共计20-50万人
波斯帝国方面参加这次远征的士兵来自臣服波斯的46个国家，100多个民族。有穿着五光十色的长褂和鳞状护身甲、携带短剑长矛的波斯人、米底亚人；有头戴铜盔、手持亚麻盾牌和木棍的亚述人；有用弓箭和斧头作为主要武器的帕提亚人和花剌子模人e68a847a686964616f330；有穿长袍的印度人；有穿紧腰斗篷，右肩挂着长弓的阿拉伯人；有穿豹皮或狮子皮、用红白颜色身的埃塞俄比亚人，他们的武器是棕榈树制的弓、燧石做的箭头和镶羚羊狐狸皮；身穿鲜艳的红斗篷，手拿标枪和盾的色雷斯人；还有帽盔上装饰牛耳、手执皮盾和短矛的高加索各族士兵。波斯军队的人员这样庞杂，武器装备又是这样五花八门，使得这支大军很像一次各族军队和军备的大展览。
◆希腊军队方面：总计约7000人（依据希罗多德的记载）
299名斯巴达皇家卫队战士，
另说还有其他900名斯巴达人，可能是一般的斯巴达战士，甚至是斯巴达“黑劳士”（helots，斯巴达奴隶），
500名曼提尼亚（Mantinea）城邦战士
500名特吉亚（Tegea）城邦战士
400名科林斯城邦战士
1120名阿卡狄亚战士
200名菲琉斯（Phlius）城邦战士
80名迈锡尼（Mycenae）城邦战士
以上一共来自伯罗奔尼撒的战士共计约3100（或4000）人，由斯巴达国王列奥尼达指挥出征。
再加上伯罗奔尼撒半岛之外的其他希腊城邦联军，计有：
700名赛斯比（Thespiae，一般译作铁斯匹亚）城邦战士
400名底比斯城邦战士
1000名佛西斯（Phocis）城邦战士
全员出动的奥普蒂恩-罗克里斯（Opuntian Locris）城邦战士，人数不详
但在一些早期传奇和现代影视中，夸张地称只有300名斯巴达人，将奴隶和友军全部忽略。
在开赴温泉关前最后举行的同盟会议上， 伯罗奔尼撒人提出新的建议，指出可以先撤退到科林斯的伊思姆斯进行防守，这样可以扼住波斯人进入伯罗奔尼撒半岛的通道。而佛西斯人和洛克里亚人则愤怒地表示反对，因为他们的城邦所在位置恰好位于伊思姆斯附近，他们坚持防守点还是应该设在温泉关，并且提出他们可以给温泉关守军提供军事援助。列奥尼达同意了后者的意见，也认为应该前往温泉关战斗。至此，在多方妥协下，一支由斯巴达皇家卫队战士领衔的临时拼凑的联军开赴温泉关口，静静等待波斯人的到来。
长期以来，温泉关之战一直是西方历史文学中长久不衰的主题之一，这个悲壮的故事被书写成多种文字，以诗歌、传记、谚语的方式流传下来。人们赞美和歌颂这些英勇不屈，视死如归的希腊英雄。他们的事迹作为一种精神通过人们的记载永世长存。
主要的叙述温泉关战役的书有：
Green, Peter (1996). The Greco-Persian Wars. （《希波战争》），University of California Press
Bradford, Ernle (2004). Thermopylae: The Battle for the West. Da Capo Press
Cartledge, Paul (2006). Thermopylae: The Battle That Changed the World. Woodstock, New York: The Overlook Press
Morris, Ian Macgregor (2000). 'To Make a New Thermopylae': Hellenism, Greek Liberation, and the Battle of Thermopylae. Greece & Rome 电视电影
1.《斯巴达三百勇士》，推出时间1962年，一部较为真实反映 的电影，由20世纪福克斯公司e68a84e8a2ade799bee5baa6330和希腊政府合作完成。片中由著名演员理查德·埃根出演斯巴达国王列奥尼达。
2. 《300》，推出时间2007年，一部基于弗兰克·米勒的著名漫画《300》改编的娱乐漫画电影，由华纳兄弟公司出品。此片运用了先进发达的电脑特技，极度渲染了温泉关战役的血腥程度，也在一定程度上过于扭曲历史事实，而且引起许多伊斯兰国家的不满。
3.《这不是斯巴达》，恶搞《300》.
电子游戏
1.《特洛伊之门》，1982年，Slitherine公司出品，一个关于斯巴达历史的游戏，其中一个关卡主要讲的就是温泉关之战，玩家在这一关卡中要抵挡总共20轮波斯军队的进攻才能获胜。
2.《300：荣誉的远征》，2007年，Collision Studio出品，根据同名电影改编的电脑游戏，主要场景就设在温泉关。