После праздника Крестовоздвижения, который в виде особой милости святому было разрешено провести в христианском храме, Анастасия Персиянина доставили на суд самого Хосрова. Тот послал к Анастасию Персиянину одного из судей с предложением отречься от Христа и вернуться к вере предков (зороастризму), за что обещал большие богатства. После того как Анастасий Персиянин отказался выполнить это, его вновь подвергли мучениям, но он остался твёрд и несгибаем, вознося хвалы Господу. Тогда Анастасия Персиянина вместе с 70 другими христианами отвели к реке и одного за другим удавили верёвкой. Перед кончиной Анастасий Персиянин возблагодарил Бога за лёгкую смерть. Тела казнённых были брошены у реки на съедение собакам, а голову Анастасия Персиянина отправили Хосрову. Местные христиане за большие деньги выкупили тело мученика, которое чудесным образом не было тронуто собаками, и похоронили его в близлежащем монастыре мученика Сергия. Через десять лет после кончины Анастасия Персиянина его мощи перенесли в Кесарию Палестинскую, а затем – в Константинополь, глава святого позднее хранилась в Риме. В Константинополе существовал небольшой храм во имя Анастасия Персиянина, построенный в конце VIII в. императрицей Ириной и её сыном императором Константином VI. Житие Анастасия Персиянина было написано сразу после его смерти и основано на рассказе монаха, свидетеля его подвигов и мученической кончины. В середине VII в. было составлено похвальное слово Анастасию Персиянину Георгием Писидой (или патриархом Софронием Иерусалимским). В X в. Житие Анастасия Персиянина было переработано Симеоном Метафарастом. Сохранились также отдельные свидетельства чудес, явленных от мощей Анастасия Персиянина. Анастасий Персиянин широко почитался в Византии, его память указывается 22 января в большинстве греческих календарей. Отмечена в Минологии Василия II, Синаксаре Константинопольской церкви, Стишных синаксарях Христофора Митилинского XI в. и Феодора Продрома начала XII в. В некоторых византийских календарях 24 января упоминается перенесение мощей Анастасия Персиянина. О почитании Анастасия Персиянина на Руси свидетельствует наличие его памяти в месяцесловах древнейших Евангелий – Реймсского первой половины XI в. и Остромирова 1056–1057 гг. Служба содержится в Минее конца XI – начала XII вв. (Российский государственный архив древних актов). В первой половине XII в. на Руси был осуществлён перевод краткого Жития Анастасия Персиянина, включённый в нестишной Пролог. В первой половине XIV в. Житие было вновь переведено (кК полагают исследователи, сербами на Афоне) в составе Стишного Пролога. В ряде списков нестишного Пролога первой редакции (Российская государственная библиотека, начало XIV в.) под 22 января отмечается перенесение мощей Анастасия Персиянина.