Nel 1621 si recò in Giappone. Lì cresceva l'insoddisfazione per il numero di cattolici e cristiani nella vita sociale. Il secondo Shogun della dinastia Tokugawa emanò un decreto. Questo vietava qualsiasi insegnamento o pratica della fede cristiana. A tutti i missionari fu intimato di lasciare il Giappone sotto la minaccia di morte.

Carvalho visse sull'isola di Amakusa travestito da soldato per due anni. Imparò il giapponese e si assimilò alla cultura giapponese. Poi il governatore dell'isola ammise che Miguel era davvero un missionario e fu cacciato dall'isola.

Con qualche aiuto riuscì a raggiungere Nagasaki, dove continuò la sua opera missionaria e si occupò di un piccolo gruppo di fedeli. Nel luglio del 1623, mentre tornava da Omura, fu arrestato sulla base di un informatore. Fu portato nella prigione locale dove raggiunse due missionari spagnoli e due giapponesi in prigionia. Trascorse il tempo in prigione pregando e celebrando la messa quotidiana.


I prigionieri furono condannati a morte e Miguel e i suoi compagni di prigionia furono bruciati sul rogo il 25 agosto 1624.

È il patrono del Dipartimento di Filosofia dell'Università Cattolica del Portogallo presso il Campus di Braga e la sua festa ricorre il 25 agosto.