Le Martyre de Polycarpe suit la persécution de Smyrne presque scène par scène. Conduit dans une ferme pour être caché, le vieil évêque refuse de fuir lorsque sa retraite est découverte. Il demande que l’on serve à manger aux soldats venus l’arrêter et réclame une heure pour prier. Le récit ne fait pas de lui un homme avide de mourir, mais un pasteur paisible qui traverse la peur dans la prière.
Le texte rapporte aussi une vision survenue trois jours avant son arrestation: Polycarpe voit son oreiller en flammes et annonce qu’il doit être brûlé vif. À son entrée dans le stade, une voix venue du ciel aurait dit: «Sois fort et montre-toi courageux, Polycarpe!» Personne ne vit celui qui parlait, mais les chrétiens présents auraient entendu la voix.
Dans le stade, le proconsul lui ordonne de jurer par la fortune de César et de maudire le Christ. Polycarpe répond qu’il ne peut blasphémer le Roi qui ne lui a fait aucun mal. Lorsque le bûcher est allumé, le récit dit que les flammes forment une arche semblable à la voile gonflée d’un navire et entourent son corps sans le consumer. Il paraît comme du pain qui cuit ou de l’or dans la fournaise, tandis qu’une odeur d’encens se répand. Le feu ne l’ayant pas consumé, un exécuteur le frappe d’un poignard; le sang qui coule aurait éteint les flammes.
Irénée, qui se souvenait d’avoir entendu Polycarpe dans sa jeunesse, affirme que celui-ci avait appris des apôtres et transmettait fidèlement ce qu’il avait reçu. Ce témoignage relie l’exécution locale à une mémoire chrétienne transmise de génération en génération.