Наконец, обезумевший от ярости Максимиан приказал отрубить великомученику Пантолеону голову. Воины привели святого на место казни и привязали к масличному дереву. Когда великомученик начал молиться Господу, один из воинов ударил его мечом, но меч стал мягким как воск и не нанес никакой раны. Пораженные чудом, воины закричали: «Велик Бог христианский!» В это время Господь еще раз открылся святому, назвав его Пантелеимоном (что значит «многомилостивый») вместо прежнего имени Пантолеон, за его великое милосердие и сострадательность. Услышав Голос с Неба, воины упали на колени перед мучеником и просили прощения. Палачи отказались продолжать казнь, но великомученик Пантелеимон повелел выполнить приказ императора. Тогда воины со слезами простились с великомучеником, целуя его руку. Когда мученику отсекли голову, то из раны вместе с кровью истекло и молоко, а маслина, к которой был привязан святой, в этот момент процвела и исполнилась целительных плодов. Видя это, много людей уверовало во Христа Иисуса. Тело святого Пантелеимона, брошенное в костер, осталось неповрежденным, и тогда никомидийский страстотерпец был погребен христианами на близлежащей земле схоласта Адамантия. Кровь и молоко, истекшие при усечении святого, хранились до Х века и подавали верующим исцеления. Честные мощи великомученика Пантелеимона частичками разошлись по всему христианскому миру. Особенно много их на Святой Горе Афон. Честная и многоцелебная глава его хранится в Русском Афонском Свято-Пантелеимоновом монастыре, в соборном храме, посвященном его имени.