В 1621 году он отправился в Японию. Там росло недовольство количеством католиков и христиан в общественной жизни. Второй сёгун династии Токугава издал указ. Он запрещал любое обучение или практику христианской веры. Всем миссионерам было приказано покинуть Японию под угрозой смерти.

Карвальо два года жил на острове Амакуса под видом солдата. Он выучил японский язык и ассимилировался в японскую культуру. Затем губернатор острова признался другим, что Мигель на самом деле был миссионером, и его изгнали с острова.

С некоторой помощью он добрался до Нагасаки, где продолжил свою миссионерскую работу и присматривал за небольшой группой верующих. В июле 1623 года он возвращался из Омуры и был арестован по доносу информатора. Его отвезли в местную тюрьму, где он вместе с двумя испанскими и двумя японскими миссионерами оказался в плену. В тюрьме он проводил время в молитвах и ежедневной мессе.


Заключенные были приговорены к смерти, а Мигель и его товарищи по плену были сожжены на костре 25 августа 1624 года.

Он является покровителем философского факультета Католического университета Португалии в кампусе Браги, а его праздник отмечается 25 августа.