Przewieziony do stolicy prowincji w Wuchangu, stanął przed sądem najwyższym. Wyrok śmierci zatwierdził edyktem cesarz Daoguang. 11 września 1840 roku Jan Gabriel Perboyre został wyprowadzony na wzgórze straceń wraz z pospolitymi przestępcami. Przywiązano go do szubienicy w kształcie krzyża i uduszono za pomocą sznura skręcanego kołkiem (zadzierzgnięcie).
Miejscowy katechista wykupił ciało duchownego, które pochowano w poświęconej ziemi obok o. Franciszka Regisa Cleta, straconego w Wuchangu w 1820 roku. Dwadzieścia lat później francuscy lazaryści Évariste Huc i Joseph Gabet odnaleźli mogiłę i dokonali ekshumacji. Szczątki Perboyre’a przewieziono do Francji i złożono w kościele św. Wincentego a Paulo w Paryżu.
Duchowość i prapamięć Duchowość Perboyre’a cechował głęboki chrystocentryzm wincentyński oraz pragnienie pełnego upodobnienia do Chrystusa cierpiącego, co wywodził z lektury Listu do Galatów (Ga 2,20: „Teraz zaś już nie ja żyję, lecz żyje we mnie Chrystus”). Motyw ten zawarł w ułożonej przez siebie modlitwie:
W listach i relacjach z procesu zachowały się jego słowa o wierności Ewangelii mimo cierpienia: „W krucyfiksie, Ewangelii i Eucharystii znajdujemy wszystko, czego możemy pragnąć.