Das Martyrium des Polykarp schildert die Verfolgung in Smyrna beinahe Szene für Szene. Freunde verstecken den alten Bischof auf einem Landgut. Als sein Aufenthaltsort verraten wird, flieht er nicht noch einmal. Er lässt den Männern, die ihn festnehmen, Essen bringen und bittet um eine Stunde zum Gebet. Der Text zeigt keinen Todessehnsüchtigen, sondern einen ruhigen Hirten, der seine Angst im Gebet trägt.
Der Text berichtet außerdem von einer Vision drei Tage vor seiner Verhaftung: Polykarp sieht sein Kopfkissen brennen und sagt voraus, dass er lebendig verbrannt werde. Beim Eintritt ins Stadion soll eine Stimme vom Himmel gerufen haben: „Sei stark und zeige dich als Mann, Polykarp!“ Niemand sah den Sprecher, doch die anwesenden Christen hätten die Stimme gehört.
Im Stadion verlangt der Prokonsul, er solle bei Caesars Glück schwören und Christus verfluchen. Polykarp antwortet, er könne den König, der ihm nie Unrecht getan habe, nicht lästern. Als der Scheiterhaufen brennt, bilden die Flammen dem Bericht zufolge einen Bogen wie ein vom Wind gefülltes Schiffssegel und umschließen seinen Körper, ohne ihn zu verzehren. Er erscheint wie backendes Brot oder glühendes Gold, während sich Weihrauchduft verbreitet. Weil das Feuer ihn nicht verzehrt, durchbohrt ihn ein Henker mit einem Dolch; das ausströmende Blut soll die Flammen gelöscht haben.
Irenäus, der Polykarp als junger Mann gehört hatte, schrieb, der Bischof habe von Aposteln gelernt und das Empfangene treu weitergegeben. So wurde eine Hinrichtung in Smyrna zu einer Geschichte, die das Gedächtnis mehrerer christlicher Generationen verband.