O governador então insistiu que ela oferecesse sacrifícios aos deuses do império, dizendo que se não o fizesse espontaneamente, faria pela força e rigor dos tormentos. Como mantivesse a firmeza da fé, foi submetida a cruéis torturas: desconjuntamento dos ossos, dilaceramento dos seios. Foi arrastada por sobre cacos de vidros e carvões em brasa. Porém, nem as ameaças, nem as promessas a fizeram sucumbir, já que, para ela, aqueles ídolos nada significavam. Ao ver que tudo sofria com serenidade, o governador ficou ainda mais enfurecido e ordenou que fosse levada à prisão sem alimento nem cuidados médicos. Deus, porém, a confortava; apareceu-lhe São Pedro em uma visão que iluminou com uma luz celestial todo o calabouço, consolando-a e sarando seus ferimentos. Na prisão, Ágata dirigiu ao Senhor a seguinte oração: “Deus poderoso e eterno, que por puro afeto e misericórdia quiseste tomar sob tua proteção esta humilde serva, e que desde cedo preservaste do amor do mundo para que meu coração ardesse unicamente em teu amor: meu Salvador Jesus Cristo, que quiseste conservar em meio a tantos tormentos, para maior gloria de teu nome e para a confusão do poder das trevas, digna-te receber minha alma em tua eterna morada, a dos bem-aventurados; esta é a última graça que te peço e que espero de tua infinita bondade. Sua morte aconteceu dia 05 de fevereiro de 251 sendo sepultada em Catânia com toda veneração, à altura de tão ilustre martírio.
