År 1621 reste han till Japan. Där fanns ett växande missnöje över antalet katoliker och kristna i det sociala livet. Tokugawa-dynastins andra shogun utfärdade ett dekret. Detta förbjöd all undervisning eller utövande av den kristna tron. Alla missionärer uppmanades att lämna Japan under dödshot.

Carvalho levde på ön Amakusa förklädd till soldat i två år. Han lärde sig japanska och assimilerade sig själv i den japanska kulturen. Sedan erkände öns guvernör för andra att Miguel egentligen var missionär och han fördrevs från ön.

Med viss hjälp lyckades han ta sig till Nagasaki där han fortsatte sitt missionsarbete och tog hand om en liten grupp troende. I juli 1623 var han på väg tillbaka från Omura och arresterades på en informatörs ord. Han fördes till det lokala fängelset där han tillsammans med två spanska och två japanska missionärer satt i fångenskap. Han tillbringade sin tid i fängelset med att be och hålla den dagliga mässan.


Fångarna dömdes till döden och Miguel och hans medfångar brändes på bål den 25 augusti 1624.

Han är skyddshelgon för filosofiinstitutionen vid Portugals katolska universitet i Braga Campus och hans högtidsdag är den 25 augusti.