Από την πληγή του αποκεφαλισμού του δεν έτρεξε αίμα αλλά γάλα, ενώ η ξερή ελιά όπου ήταν δεμένος γέμισε αμέσως καρπούς. Νεκρό παιδί που είχε δαγκώσει φαρμακερή οχιά αναστήθηκε με την επίκληση του Χριστού, και τότε ο νεαρός ιατρός κατάλαβε ποια είναι η αληθινή δύναμη. Ο Παντελεήμων, που πρώτα ονομαζόταν Παντολέων, γεννήθηκε στη Νικομήδεια της Μικράς Ασίας στα χρόνια του αυτοκράτορα Μαξιμιανού.

Ο πατέρας του Ευστόργιος ήταν ειδωλολάτρης, ενώ η μητέρα του Ευβούλη ζούσε με βαθιά χριστιανική πίστη μέσα στο σπιτικό τους. Εκείνη φρόντισε να σπείρει στην ψυχή του παιδιού τον λόγο του Χριστού, όμως πέθανε νωρίς και άφησε τον γιο της μικρό. Ο πατέρας τον έστειλε σε εθνικά σχολεία και κατόπιν στον φημισμένο ιατρό Ευφρόσυνο, για να σπουδάσει την ιατρική τέχνη.

Ο νέος ξεχώρισε γρήγορα για την ομορφιά, τη σύνεση και την επιμέλειά του, και τον πρόσεξε ο ίδιος ο αυτοκράτορας. Στους ίδιους δρόμους περνούσε καθημερινά και έβλεπε τον γέροντα ιερέα Ερμόλαο, ο οποίος ζούσε κρυμμένος μαζί με λίγους πιστούς της Νικομήδειας. Ο γέροντας τον κάλεσε μια μέρα στο σπίτι του και του μίλησε με αγάπη για τον αληθινό Θεό.

Από εκείνη τη στιγμή ο νεαρός ιατρός άρχισε να επισκέπτεται κάθε ημέρα τον σεβάσμιο πρεσβύτερο της μικρής εκκλησίας. Η ανάσταση του δαγκωμένου παιδιού στον δρόμο τον βεβαίωσε ολοκληρωτικά για τη δύναμη του Ιησού Χριστού. Ο Ερμόλαος τότε τον βάπτισε και του έδωσε το νέο όνομα Παντελεήμων, που σημαίνει ότι ελεεί τους πάντες.

Λίγο αργότερα ο Παντελεήμων θεράπευσε ενώπιον του πατέρα του έναν τυφλό, καλώντας μόνο το όνομα του Σωτήρα Χριστού. Ο Ευστόργιος έπεσε στα γόνατα και πίστεψε, βαπτίστηκε από τον ίδιο τον Ερμόλαο μαζί με τον θεραπευμένο άνθρωπο. Πατέρας και γιος συνέτριψαν με τα ίδια τους τα χέρια τα είδωλα του σπιτιού και τα έθαψαν σε βαθύ λάκκο.

Μετά τον θάνατο του πατέρα του, ο νεαρός γιατρός μοίρασε αμέσως όλη την πατρική περιουσία στους φτωχούς. Απελευθέρωσε με χαρά τους δούλους και άνοιξε την πόρτα του σε κάθε πονεμένο της Νικομήδειας. Θεράπευε δωρεάν τους αρρώστους και γι’ αυτό ονομάστηκε ανάργυρος, αφού δεν δεχόταν χρήματα από κανέναν.

Επισκεπτόταν τις φυλακές και περιέθαλπε τους χριστιανούς που βασανίζονταν εκεί για την πίστη τους στον Κύριο. Η φήμη του απλώθηκε σε όλη την πόλη και οι κάτοικοι άφησαν τους άλλους γιατρούς για να προστρέξουν σε εκείνον. Οι συνάδελφοί του ιατροί τον φθόνησαν βαθιά και τον κατήγγειλαν στον Μαξιμιανό ως φανερό χριστιανό.

Ο αυτοκράτορας τον αγαπούσε προσωπικά και προσπάθησε με γλυκά λόγια να τον φέρει πίσω στους ψεύτικους θεούς. Ο Άγιος όμως πρότεινε δημόσια δοκιμασία, για να φανεί ποιος είναι ο αληθινός Θεός. Έφεραν έναν παράλυτο πολλών ετών, και οι ιερείς των ειδώλων επικαλέστηκαν μάταια τους θεούς τους ενώπιον του πλήθους.

Τότε ο Παντελεήμων έπιασε τον άρρωστο από το χέρι και τον σήκωσε εντελώς υγιή στο όνομα του Ιησού Χριστού. Ο εξοργισμένος Μαξιμιανός διέταξε τον θάνατο του θεραπευμένου και άρχισε σκληρή κρίση εναντίον του Αγίου. Στο δικαστήριο οδηγήθηκε και ο τυφλός που είχε προηγουμένως θεραπευθεί, ο οποίος ομολόγησε με παρρησία τον Χριστό.

Ο τύραννος έδωσε διαταγή να τον αποκεφαλίσουν αμέσως, και ο νέος μάρτυρας έλαβε τον στέφανο της ομολογίας. Ο Παντελεήμων προετοιμάστηκε ψυχικά για τα φοβερά βασανιστήρια που τον περίμεναν. Τον κρέμασαν σε ξύλο και έσχισαν το σώμα του με σιδερένια νύχια, ενώ έκαιγαν τα πλευρά του με αναμμένες λαμπάδες.

Τον έριξαν σε καζάνι με βραστό μολύβι, αλλά η φωτιά έσβησε και το μέταλλο πάγωσε από θεϊκή δύναμη. Τον έδεσαν με μεγάλη πέτρα στον λαιμό και τον έριξαν στη θάλασσα, όμως η πέτρα έγινε ελαφριά σαν φύλλο. Ο Μάρτυρας περπάτησε επάνω στα κύματα όπως κάποτε ο απόστολος Πέτρος και επέστρεψε σώος στην ακτή.

Τον πέταξαν στα άγρια θηρία του αμφιθεάτρου, αλλά εκείνα προσκύνησαν ήρεμα τα πόδια του και του γλείφανε τα χέρια. Ο λαός φώναξε δυνατά ότι μέγας είναι ο Θεός των χριστιανών, και πολλοί πίστεψαν στον Κύριο εκείνη την ώρα. Τον έδεσαν σε βαρύ τροχό με αιχμηρά καρφιά και τον κατρακύλησαν, όμως ο τροχός διαλύθηκε χωρίς να τον αγγίξει καθόλου.

Ο Κύριος εμφανιζόταν συνεχώς με τη μορφή του γέροντα Ερμολάου και του χάριζε θάρρος και υπομονή μέσα στους πόνους. Τότε ο Ερμόλαος, μαζί με τους συνεργάτες του Έρμιππο και Ερμοκράτη, οδηγήθηκαν επίσης σε μαρτυρικό αποκεφαλισμό. Οι τρεις άγιοι ιερείς πέρασαν στη χαρά της ουράνιας βασιλείας του Χριστού.

Ο εξοργισμένος αυτοκράτορας έδωσε τελική διαταγή να αποκεφαλίσουν τον νεαρό ιατρό έξω από την πόλη της Νικομήδειας. Καθώς οι στρατιώτες τον οδηγούσαν στον τόπο της εκτέλεσης, ο Μάρτυρας έψαλλε με γαλήνια καρδιά λόγια του Δαβιδικού ψαλτηριού. Τον έδεσαν σε μία ελιά και ένας στρατιώτης ύψωσε το σπαθί του εναντίον του ευγενικού λαιμού του.

Το ατσάλι λύγισε ξαφνικά σαν μαλακό κερί και δεν προκάλεσε καμία πληγή στο σώμα του αγίου. Φωνή ακούστηκε από τον ουρανό και τον καλούσε όχι πια Παντολέοντα αλλά Παντελεήμονα, για τη μεγάλη ευσπλαχνία του προς όλους τους πάσχοντες. Οι στρατιώτες έπεσαν τρομαγμένοι στα γόνατα και ζητούσαν συγχώρηση από τον δούλο του Χριστού.

Ο Άγιος όμως τους είπε με αγάπη να εκτελέσουν την εντολή, αλλιώς δεν θα έβρισκαν μερίδιο μαζί του στην αιώνια ζωή. Τότε εκείνοι ασπάστηκαν με δάκρυα το σώμα του και ένας ανέλαβε τον τελικό αποκεφαλισμό του μάρτυρα. Από την πληγή έτρεξε γάλα αντί για αίμα, και η ξερή ελιά γέμισε αμέσως καρπούς από τη ρίζα ως την κορυφή.