Μετά την καταστολή της Ιωνικής επανάστασης ο γιος και διάδοχος του Δαρείου, Ξέρξης κινητοποίησε έναν από τους μεγαλύτερους στρατούς που γνώρισε η αρχαιότητα για να υποδουλώσει την Ελλάδα. 1200 τριήρεις ,από τις οποίες 457  παραχώρησαν έλληνες υπήκοοι των Περσών και απ’ αυτές οι 100 ήταν ιωνικές. Ελληνικά ήταν μόνο τα πληρώματά τους , ενώ πολεμιστές και ναύαρχοι του στόλου ήταν Πέρσες. Στη ναυμαχία της Σαλαμίνας(480 π.Χ.) οι Ίωνες τάχθηκαν στο αριστερό μέρος της περσικής παράταξης απέναντι στους Λακεδαιμόνιους.  Η ήττα των Περσών στη ναυμαχία υπήρξε ολοκληρωτική και οφειλόταν κυρίως στην ανικανότητα των Περσών ναυάρχων , αλλά και στην υπεροχή σε ναυτική εμπειρία των ελλήνων. Κυριότερος συντελεστής της νίκης ήταν ο Θεμιστοκλής που παρέσυρε στα στενά της Σαλαμίνας το δυσκίνητο περσικό στόλο  και τον υποχρέωσε σε μεγαλοπρεπή ήττα και φυγή. Έτσι βρήκαν την ευκαιρία οι Χιώτες να στείλουν αντιπροσωπεία με 6 νεαρούς Χιώτες στην Αίγινα, εκεί που ήταν αγκυροβολημένος ο ελληνικός στόλος, προκειμένου να ζητήσει τη βοήθεια των Ελλήνων,  ώστε να εξεγερθούν κατά των Περσών, αφού προηγουμένως είχαν προσπαθήσει να δολοφονήσουν ανεπιτυχώς τον τύραννο Στράτη. Λίγους μήνες αργότερα, τριμελής αντιπροσωπεία από τη Σάμο κατάφερε να πείσει το ναύαρχο Λεωτυχίδα  να μετακινήσει τον ελληνικό στόλο από τη Δήλο στη Σάμο, για να ξεκινήσει τον απελευθερωτικό αγώνα εναντίον των Περσών.   Τα ελληνικά πλοία έφθασαν στη Μυκάλη (χερσόνησος απέναντι από τη Σάμο), αποβίβασαν   στρατό στην ξηρά και έτρεψαν σε φυγή τους Πέρσες. Η μάχη της Μυκάλης (479 π.Χ.) κατέληξε σε λαμπρή νίκη των Ελλήνων ενάντια στους Πέρσες. Οι Έλληνες  έκαψαν τα πλοία τους και το περσικό στρατόπεδο. Έτσι ξεκίνησε η απελευθέρωση των ιωνικών πόλεων  από τους Πέρσες και ο διωγμός των τυράννων (όπως και του τυράννου Στράτη , ο οποίος καταδυνάστευσε τη Χίο επί 33 χρόνια). Στη συνέχεια οι Πελοποννήσιοι στρατηγοί πρότειναν στους Ίωνες να εγκαταλείψουν τα μέρη για ασφάλεια , πράγμα που εκείνοι απέρριψαν και συμφώνησαν μαζί τους και οι Αθηναίοι. Αυτό ήταν ο λόγος που οι Ίωνες προσχώρησαν αργότερα στην Αθηναϊκή συμμαχία ή συμμαχία της Δήλου(478 π.Χ.).
Η συμμαχία της Δήλου είχε σαν κύριο σκοπό την προστασία των Ελλήνων της Μικράς Ασίας και των νησιών από τους Πέρσες. Η οργάνωση της συμμαχίας έγινε από τον Αριστείδη , ο οποίος καθόρισε το φόρο (εισφορά) του κάθε μέλους της συμμαχίας. Από την καταβολή εξαιρέθηκε η Χίος (όπως και η Σάμος και η Λέσβος), επειδή παρείχε πολεμικά πλοία στη συμμαχία. Οι σχέσεις της Χίου με την Αθήνα παρέμειναν για μεγάλο διάστημα αδιατάραχτες. Κατά την χρυσή περίοδο του Περικλή , απαγορεύτηκε η κοπή νομισμάτων( 448 π.Χ.) . Έτσι και η Χίος αναγκάστηκε να συμμορφωθεί σ’ αυτό το νόμο και να κλείσει το νομισματοκοπείο της, το οποίο  ξανάνοιξε το 429 π.Χ. . Ο Περικλής προσπάθησε να περιορίσει την αυτονομία των ιωνικών πόλεων και να μεταβάλει τη συμμαχία σε ηγεμονία των Αθηνών. Γι αυτό υπήρξαν εξεγέρσεις από αρκετές πόλεις για να αυτονομηθούν , οι οποίες καταπνίγηκαν από τους Αθηναίους. Στην εξέγερση της Σάμου βοήθησαν τους Αθηναίους και οι Χιώτες, στέλνοντας την πρώτη φορά 25 πλοία και τη δεύτερη 30 πλοία. Κατά τα έτη που ακολούθησαν την καταστολή της εξέγερσης της Σάμου έως τον πελοποννησιακό πόλεμο τίποτε δεν αναφέρεται για τη Χίο.