После смерти отца святой Пантелеимон посвятил свою жизнь страждущим, больным, убогим и нищим. Он безмездно лечил всех обращавшихся к нему, исцеляя их Именем Иисуса Христа. Он посещал в темницах узников, особенно христиан, которыми были переполнены все тюрьмы, и лечил их от ран. В скором времени молва о милостивом враче распространилась по всему городу. Оставив других врачей, жители стали обращаться только к святому Пантелеимону.
Святого привели на место казни и привязали к масличному дереву. Когда великомученик молился, один из воинов ударил его мечом, но меч стал мягким, как воск, и не нанес никакой раны. Святой окончил молитву, и послышался Голос, звавший страстотерпца по имени и призвавший в Небесное Царство. Услышав Голос с Неба, воины упали перед святым мучеником на колени и просили прощения. Палачи отказались продолжать казнь, но великомученик Пантелеимон повелел выполнить приказ императора, сказав, что иначе они не будут иметь с ним части в будущей жизни. Воины со слезами простились со святым, целуя его.
Когда мученику отсекли голову, из раны потекло молоко. Маслина, к которой был привязан святой, в момент его смерти покрылась плодами. Многие присутствующие при казни уверовали во Христа. Тело святого, брошенное в костер, осталось в огне неповрежденным и было погребено христианами († 305). Слуги великомученика Пантелеимона Лаврентий, Вассой и Провиан видели его казнь и слышали Голос с Неба. Они написали повествование о жизни, страданиях и кончине святого великомученика.
Великомученик Пантелеимон почитается в Православной Церкви как грозный святой, покровитель воинов. Эта сторона почитания раскрывает его первое имя Пантолеон, что значит "лев во всем". Второе имя, данное при Крещении, - Пантелеимон, то есть "всемилостивый", раскрывается из почитания великомученика как целителя. У западных христиан он считается покровителем врачей. Связь этих двух покровительств святого хорошо видна из того, что воины, чаще других получающие раны, больше всех нуждаются во враче-целителе. Именно поэтому христиане, ведущие брань духовную, также прибегают к этому святому с просьбой исцелить язвы души.
День памяти святого великомученика и целителя Пантелеимона в Русской обители на Афоне является храмовым праздником. Предпразднство начинается за 8 дней до праздника, в которые после вечерни поются молебные каноны на 8 гласов, причем для каждого дня имеется особый канон. Второй день праздника - ктиторский день. В самый день праздника после вечерни соборне совершается панихида по почившим строителям и благодетелям обители, освящается и раздается коливо (кутия). Припевы на 9-й песни канона великомученику и целителю Пантелеимону по рукописной афонской службе напечатаны в "Журнале Московской Патриархии" (1975, № 3, с. 45-47).