En 1621 fue a Japón. Allí crecía el descontento por el número de católicos y cristianos en la vida social. El segundo Shogun de la dinastía Tokugawa promulgó un decreto. En él se prohibía cualquier enseñanza o práctica de la fe cristiana. Todos los misioneros fueron obligados a abandonar Japón bajo amenaza de muerte.

Carvalho vivió en la isla de Amakusa disfrazado de soldado durante dos años. Aprendió japonés y se asimiló a la cultura japonesa. Entonces el gobernador de la isla admitió que Miguel era realmente un misionero y fue expulsado de la isla.

Con algo de ayuda consiguió llegar a Nagasaki, donde continuó su labor misionera y cuidó de un pequeño grupo de creyentes. En julio de 1623 regresaba de Omura y fue arrestado por la palabra de un informante. Fue llevado a la prisión local donde se unió a dos misioneros españoles y dos japoneses en cautiverio. Pasó su tiempo en prisión rezando y diciendo misa diaria.


Los prisioneros fueron condenados a muerte y Miguel y sus compañeros de cautiverio fueron quemados en la hoguera el 25 de agosto de 1624.

Es el patrón del Departamento de Filosofía de la Universidad Católica de Portugal en el Campus de Braga y su fiesta es el 25 de agosto.