1621 ging er nach Japan. Dort gab es eine wachsende Unzufriedenheit mit der Zahl der Katholiken und Christen im gesellschaftlichen Leben. Der zweite Shogun der Tokugawa-Dynastie erließ ein Dekret. Dies verbot jegliche Lehre oder Praxis des christlichen Glaubens. Allen Missionaren wurde gesagt, sie sollten Japan unter Androhung des Todes verlassen.

Carvalho lebte zwei Jahre als Soldat verkleidet auf der Insel Amakusa. Er lernte Japanisch und assimilierte sich in die japanische Kultur. Dann gab der Gouverneur der Insel anderen gegenüber zu, dass Miguel wirklich ein Missionar war und er wurde von der Insel vertrieben.

Mit etwas Hilfe schaffte er es nach Nagasaki, wo er seine Missionsarbeit fortsetzte und sich um eine kleine Gruppe von Gläubigen kümmerte. Im Juli 1623 kehrte er aus Omura zurück und wurde auf das Wort eines Informanten verhaftet. Er wurde in das örtliche Gefängnis gebracht, wo er sich zwei spanischen und zwei japanischen Missionaren in Gefangenschaft anschloss. Er verbrachte seine Zeit im Gefängnis mit beten und hielt eine tägliche Messe.



Die Gefangenen wurden zum Tode verurteilt und Miguel und seine Mitgefangenen wurden am 25. August 1624 auf einem Scheiterhaufen verbrannt.

Er ist der Schutzpatron der Philosophieabteilung der Katholischen Universität von Portugal auf dem Braga Campus und sein Festtag ist der 25. August.