Однажды в полночь префект велел привести Иринея и снова предложил ему принести жертву богам, однако тот отказался. Проб уговаривал Иринея исполнить императорское повеление ради жены и детей, но святой отрёкся от семьи, указав на заповедь Христа (Мф. 10:37). Увидев, что ни мучения, ни любовь к семье не заставят Иринея изменить веру, префект вынес приговор утопить святого. На это Ириней ответил, что ожидал ещё более тяжких пыток и отсечения головы и готов показать, как легко христиане идут на смерть ради истинной веры. Разгневанный правитель велел отрубить ему голову. Иринея вывели на Базентский мост (ad pontem qui vocatur Basentis) через реку Сава, где святой молился о христианской общине Сирмия и о том, чтобы его гибель утвердила христиан в истинной вере. Иринею отрубили голову и бросили тело в реку. В концовке Актов мученичества указана дата смерти святого – 6 апреля. Греческая версия Актов отличается рядом деталей от латинской (в начале вставлена краткая похвала мученикам, среди императоров-гонителей назван Константин, мост в Сирмии именуется мостом Артемиды, дата гибели Иринея – 21 августа). Об Иринее упоминается в «Мученичестве» чтеца Поллиона, пострадавшего во время того же гонения в города Цибалы (ныне Винковцы, Хорватия). Согласно этому произведению, после прибытия в Сирмий Проб осудил на смерть пресвитера Монтана из Сингидуна (ныне Белград) и Иринея, после чего стал объезжать другие города провинции, в том числе посетил Цибалы. По мнению некоторых исследователей, дни памяти ряда паннонских мучеников подтверждают факт особенно жестокого гонения на христиан после прибытия в Паннонию префекта Проба, вероятно, весной 303 г.: 26 марта в Сирмии были казнены пресвитер Монтан и его супруга Максима, 6 апреля – Ириней, 9 апреля погиб диакон Димитрий, затем другие мученики. В конце апреля Проб прибыл в Цибалы, где осудил на смерть Поллиона, вскоре после этого был арестован Квирин, епископ Сисции (ныне Сисак, Хорватия), казнь которого состоялась 8 июня в Сабарии (ныне Сомбатхей, Венгрия). После уничтожения глав христианских общин начались судебные процессы над мирянами, продолжавшиеся, как полагают исследователи, до 304 г. Память Иринея под 6 апреля содержится в Сирийском Мартирологе (411 г.), который восходит к греческому календарю, составленному, по мнению исследователей, около 360 г. в Никомидии. В италийской редакции Мартиролога Иеронима (первая половина V в.) память святого также указана под 6 апреля: «В Сирмии епископа Иринея»; под 23 августа, по предположению Ипполита Делеэ, сохранился фрагмент ошибочной записи о памяти Иринея (Sirti, т.е. Sirmi – в Сирмии). Исследователи полагают, что один из редакторов Мартиролога смешал этого Иринея с мучеником Иринеем Римским, написание имени которого в рукописях испорчено (Mirendini вместо Hirenei). В более поздних церковных календарях память святого помещена под различными датами. Так, в Мартирологе начала IX в., составленном в Лионе, память Иринея значится под 25 марта и включено краткое сказание на основе Актов мученичества Иринея. По мнению А. Кантена, перемещение памяти святого объясняется ошибкой в дате: восьмые апрельские календы (25 марта) вместо восьмых апрельских ид (6 апреля).