隆武二年（1646年）三月五日，行刑的日子到了，黃道周盥洗更衣，取得紙墨，畫了一幅長鬆怪石，並給家人留下遺言：
蹈仁不死，履險若夷；有隕自天，舍命不渝。
跟隨他多年的老仆人在旁邊痛哭流涕，黃道周安慰他說：“吾為正義而死，是為考終，汝何哀？”
沒什麽好哭的，我是為正義而死，這是在盡忠。
去往刑場的路上，走到東華門的時候，黃道周停下了腳步，跟劊子手說：就讓我死在這裏吧，這裏離高皇帝的寢陵比較近，不用去別的地方了。
接著黃道周向南方跪拜，撕破衣服，咬破手指，留下一封血書給家人：
綱常萬古，節義千秋；天地知我，家人無憂。
臨刑前黃道周大呼：“天下豈有畏死黃道周哉！”據說，他的頭被砍下來之後，身體仍然久久沒有倒下。
消息傳到福建，隆武帝“震悼罷朝”，特賜諡號“忠烈”，贈“文明伯”，並且下令在福州為黃道周立閩忠廟，另外在漳浦又立了一個報忠廟。
差不多一百年後，乾隆即位，編纂《貳臣傳》，將那些為清兵入關盡心盡力的大明降臣們紛紛錄了進去。乾隆對這些人深惡痛絕，卻對黃道周讚不絕口，誇他“不愧一代完人”，並且改諡號為“忠端”。