Не вразумившись чудом, мучитель повелел воинам Виктору и Сосфену бросить святую в раскаленную печь. Но те, увидев в пламени двух грозных Ангелов, отказались исполнить приказание правителя и сами уверовали в Бога, Которому поклонялась Евфимия. Дерзновенно возгласив, что и они христиане, Виктор и Сосфен смело пошли на страдания. Они были отданы на съедение зверям. Во время казни они взывали к милосердию Божию, чтобы Господь и их принял в Царство Небесное. Услышав призывавший их небесный Глас, они отошли в жизнь вечную. Звери же даже не дотронулись до их тел.
Святая Евфимия, брошенная другими воинами в печь, осталась цела. С Божией помощью она выходила невредимой после многих других пыток и истязаний. Приписывая это волшебству, правитель велел выкопать новый ров, наполнил его ножами, а сверху прикрыл землей и травой, чтобы мученица не знала о приготовленной ей казни; но и тут святая Евфимия осталась невредимой, легко прошедши надо рвом. Наконец, ее осудили на съедение зверям в цирке. Перед казнью святая стала просить, чтобы Господь сподобил ее умереть. Ни один зверь, выпущенный на арену, не бросился на святую. Лишь одна медведица нанесла ей небольшую рану на ноге, из которой истекла кровь, и святая великомученица Евфимия тотчас скончалась. В это время произошло землетрясение, стражники и зрители от страха бежали, так что родители святой смогли взять ее тело и с честью похоронить недалеко от Халкидона.
Впоследствии на могиле великомученицы Евфимии был возведен величественный храм. В этом храме происходили заседания IV Вселенского Собора в 451 году, во время которых святая великомученица чудесным образом подтвердила православное исповедание, положив предел ереси монофизитов, о чем подробно сказано в день воспоминания этого чуда II июля.
По взятии Халкидона персами в 617 году мощи святой великомученицы Евфимии перенесены были в Константинополь (около 620 г.). В период иконоборческой ереси рака с мощами святой Евфимии оказалась брошенной в море. Благочестивые корабельщики извлекли их. Впоследствии они попали на остров Лемнос, а в 796 году были возвращены в Константинополь.