Acontece que acabou por ser denunciado, por estar a contrariar a lei romana. Teve, então, que comparecer diante do Imperador. Diocleciano sentiu-se traído e ficou perplexo quando ouviu Sebastião declarar-se cristão. Tentou fazer com que ele renunciasse ao Cristianismo, mas Sebastião defendeu-se com firmeza.
O Imperador, enfurecido com os argumentos, terá ordenado aos seus soldados que o matassem a golpes de flecha. Tal ordem foi imediatamente executada. Num descampado, os soldados despiram-no, amarraram-no a um tronco de árvore e despejaram sobre ele uma chuva de flechas. Depois, tê-lo-ão abandonado para que sangrasse até à morte.