隆武二年（1646年）三月五日，行刑的日子到了，黄道周盥洗更衣，取得纸墨，画了一幅长松怪石，并给家人留下遗言：

蹈仁不死，履险若夷；有陨自天，舍命不渝。

跟随他多年的老仆人在旁边痛哭流涕，黄道周安慰他说：“吾为正义而死，是为考终，汝何哀？”

没什么好哭的，我是为正义而死，这是在尽忠。

去往刑场的路上，走到东华门的时候，黄道周停下了脚步，跟刽子手说：就让我死在这里吧，这里离高皇帝的寝陵比较近，不用去别的地方了。

接着黄道周向南方跪拜，撕破衣服，咬破手指，留下一封血书给家人：

纲常万古，节义千秋；天地知我，家人无忧。

临刑前黄道周大呼：“天下岂有畏死黄道周哉！”据说，他的头被砍下来之后，身体仍然久久没有倒下。

消息传到福建，隆武帝“震悼罢朝”，特赐谥号“忠烈”，赠“文明伯”，并且下令在福州为黄道周立闽忠庙，另外在漳浦又立了一个报忠庙。

差不多一百年后，乾隆即位，编纂《贰臣传》，将那些为清兵入关尽心尽力的大明降臣们纷纷录了进去。乾隆对这些人深恶痛绝，却对黄道周赞不绝口，夸他“不愧一代完人”，并且改谥号为“忠端”。