Видя непреклонность Меркурия, император велел отвезти его в Каппадокию и там обезглавить, чтобы показать прочим гражданам, каким наказаниям подвергается тот, кто не выполняет императорские приказы. Меркурия доставили в Кесарию Каппадокийскую, накануне казни ему явился Христос и призвал на Небеса. Мученик был усечён мечом 25 ноября. После кончины святого его тело стало белым, как снег, и источало благоухание, так что многие, видя это чудо, уверовали во Христа. Меркурий был погребён на месте казни, и впоследствии у его могилы происходили исцеления. Исследователи отмечают, что византийские синаксарные сказания о Меркурии представляют собой сокращённые варианты первых двух редакций Мученичества с некоторыми добавлениями или изменениями: в Синаксаре Константинопольской церкви (архетип конца X в.) приводится описание внешности Меркурия, частично заимствованное из второй редакции Мученичества. В «Минологии императора Василия II» (первая четверть XI в.) под 25 ноября говорится об исцелениях, происходивших в то время от мощей мученика в Кесарии Каппадокийской. По мнению исследователей, греческое Мученичество Меркурия не заслуживает доверия с исторической точки зрения и представляет собой агиографическое произведение, построенное на реминисценциях и общих местах, заимствованных из Мученичеств великомученика Феодора Стратилата, великомученика Георгия Победоносца и великомученика Прокопия. Между тем предпринимались попытки установить время кончины мученика: Лаврентий Сурий датировал её 253 или 254 г., преподобный Никодим Святогорец – 255 г. С. Бинон считал, что события, описанные в Мученичестве, и казнь святого следует отнести к 250 г. (после успешных военных походов императора Деция против варварских племён и издания им эдикта о публичных жертвоприношениях). В византийской и греческой традиции поминовение Меркурия совершалось в разные дни. Так, в Синаксаре Константинопольской церкви память мученика и краткая заметка о нём помещены под 26 ноября; на полях парижской рукописи XII в. память мученика указана под 24 ноября. В «Типиконе Великой церкви» IX–XI вв. и его списках, а также в «Минологии императора Василия II», в некоторых византийских Синаксарях и греческой печатной Минее (Венеция, 1593 г.) память Меркурия и сказание о нём на основе второй редакции «Мученичества Меркурия» содержатся под 25 ноября. В «Синаксаристе» преподобного Никодима Святогорца память Меркурия и сказание о нём помещены под 25 ноября. На то, что Меркурий широко почитался не только в Византии, но и в поствизантийском пространстве, указывает его упоминание в душеполезной «Повести о недостойном иерее» (сохранилась в рукописи XVI в.); Меркурий фигурирует в ней как реальное лицо, с которым был знаком главный герой повести – священник, наказанный за неканонический проступок невозможностью умереть в свой срок. Прожив несколько сотен лет, он рассказывает, что был соседом Меркурия и свидетелем его страданий.