В дальнейшем Климент побывал на острове Родос, в Никомидии, Анкире и Амисе (ныне Самсун). На корабль, увозивший Климента на Восток, удалось пробраться Агафангелу, который сопровождал в пути своего наставника. На Родосе Климент и Агафангелу по просьбе верующих во главе с епископом Родосским Фотином удалось посетить воскресную литургию. В Никомидии Максимиан, не желая быть посрамлённым Климентом, о стойкости которого он узнал из сопроводительных писем, передал святых префекту Агриппину, который жестоко истязал мучеников и заключил их в темницу, где вскоре по молитве Климента двери открылись, и все узники смогли беспрепятственно уйти, приняв крещение от Климента. Агриппин бросил Климента и Агафангела на растерзание диким зверям, но те их не тронули. Во время публичной казни Климента и Агафангела народ стал забрасывать Агриппина камнями, ему пришлось отпустить исповедников. Но позже воины нашли их, зашили в кожаные мешки и бросили в море с горы. Однако они вышли на берег невредимыми. Удивляясь всему происходившему, Максимиан велел отправить их обратно в Анкиру. Там их вновь подвергли мучениям. По ночам к узникам приходила приёмная мать Климента София и залечивала их раны. Из Анкиры было решено отправить мучеников в Амис. Многие сироты, собранные Климентом в юности, которых также воспитывала София, отправились их провожать и были убиты воинами. В Амисе мучеников бросили в негашёную известь. Охраняющие их воины Фенгон и Евкарпий, будучи свидетелями чудес и мужества мучеников, уверовали во Христа. Они были усечены мечом в этот же день (суббота, 7 сентября). На следующий день мученики вновь оказались невредимыми. По пути из Амиса в Тарс (ныне Тарсус), куда отправили исповедников, по молитве Климента забил источник, из которого смогли напиться все, включая страдающих от жажды конвоиров. Находясь в заключении и претерпевая пытки, Климент просил у Господа ещё послать ему мучений за веру, и голос с небес объявил, что время его подвига составит 28 лет (согласно болландистам, – 18 лет и несколько месяцев). В Тарсе святые просидели четыре года в заключении и после жестоких пыток были вновь отправлены в Анкиру, где 5 ноября (исследователи полагают, что именно этот мученик Агафангел указан под 5 сентября в Синаксаре Константинопольской церкви) Агафангел был обезглавлен, похоронила его София. Климент провёл в заключении ещё некоторое время, пока на праздник Богоявления за ним в тюрьму не пришли верующие. Они отвели его в церковь, где он отслужил литургию. После службы Климент предрёк свою кончину и близкий конец гонений. Через 12 дней, которые он провёл среди христиан, в воскресенье, 23 января, во время совершения евхаристии в храм вошли воины во главе с префектом Александром и обезглавили Климента. Также были обезглавлены диаконы Христофор и Харитон. София похоронила их рядом с Агафангелом. По мнению исследователей, это произошло в 304 или в 309 г., но если считать, что мучения Климента продолжались 28 лет (начиная с 284 г.), то год его смерти – 312-й, хотя исследователям известно, что начало Диоклетианова гонения не совпадает с началом его императорского правления и датируется 303 г.