Cuando los jóvenes esposos se retiraron a sus habitaciones, Cecilia, armada de todo su valor, dijo dulcemente a su esposo: "Tengo que comunicarte un secreto. Has de saber que un ángel del Señor vela por mí. Si me tocas como si fuera yo tu esposa, el ángel se enfurecerá y tú sufrirás las consecuencias; en cambio sí me respetas, el ángel te amará como me ama a mí." Valeriano replicó: "Muéstramelo. Si es realmente un ángel de Dios, haré lo que me pides." Cecilia le dijo: "Si crees en el Dios vivo y verdadero y recibes el agua del bautismo verás al ángel." Valeriano accedió y fue a buscar al obispo Urbano, quien se hallaba entre los pobres, cerca de la tercera mojonera de la Vía Apia.
Urbano le acogió con gran gozo. Entonces se acercó un anciano que llevaba un documento en el que estaban escritas las siguientes palabras: "Un solo Señor, un solo bautismo, un solo Dios y Padre de todos, que está por encima de todo y en nuestros corazones." Urbano preguntó a Valeriano: "¿Crees esto?" Valeriano respondió que sí y Urbano le confirió el bautismo. Cuando Valeriano regresó a donde estaba Cecilia, vio a un ángel de pie junto a ella.
El ángel colocó sobre la cabeza de ambos una guirnalda de rosas y lirios. Poco después llegó Tiburcio, el hermano de Valeriano y los jóvenes esposos le ofrecieron una corona inmortal si renunciaba a los falsos dioses. Tiburcio se mostró incrédulo al principio y preguntó: " ¿Quién ha vuelto de más allá de la tumba a hablarnos de esa otra vida?" Cecilia le habló largamente de Jesús. Tiburcio recibió el bautismo, y al punto vio muchas maravillas.
Desde entonces, los dos hermanos se consagraron a la práctica de las buenas obras. Ambos fueron arrestados por haber sepultado los cuerpos de los mártires.Poe estas causas fueron enjuiciados y condenados por no querer reconocer a Jupiter como su dios.
Un prefecto Almaquio le ordenó que cesase de disparatar y dijese a la corte si estaba dispuesto a sacrificar a los dioses para obtener la libertad. Tiburcio y Valeriano replicaron juntos: "No, no sacrificaremos a los dioses sino al único Dios, al que diariamente ofrecemos sacrificio."
Valeriano se regocijó al ver que el prefecto los mandaba azotar y hablaron en voz alta a los cristianos presentes: "¡Cristianos romanos, no permitáis que mis sufrimientos os aparten de la verdad! ¡Permaneced fieles al Dios único, y pisotead los ídolos de madera y de piedra que Almaquio adora!"
Fueron condenados a muerte en un sitio llamado Pagus Triopius, a seis kilómetros de Roma. Con ellos murió un cortesano llamado Máximo, el cual, viendo la fortaleza de los mártires, se declaró cristiano.
Cecilia sepultó los tres cadáveres. Después fue llamada para que abjurase de la fe. En vez de abjurar, convirtió a los que la inducían a ofrecer sacrificios. El Papa Urbano fue a visitarla en su casa y bautizó ahí a 400 personas, entre las cuales se contaba a Gordiano, un patricio, quien estableció en casa de Cecilia una iglesia que Urbano consagró más tarde a la santa. Durante el juicio, el prefecto Almaquio discutió detenidamente con Cecilia. La actitud de la santa le enfureció, pues ésta se reía de él en su cara y le atrapó con sus propios argumentos.
Finalmente, Almaquio la condenó a morir sofocada en el baño de su casa. Pero, por más que los guardias pusieron en el horno una cantidad mayor de leña, Cecilia pasó en el baño un día y una noche sin recibir daño alguno. Entonces, el prefecto envió a un soldado a decapitarla. El verdugo descargó tres veces la espada sobre su cuello y la dejó tirada en el suelo. Cecilia pasó tres días entre la vida y la muerte. En ese tiempo los cristianos acudieron a visitarla en gran número. La santa legó su casa a Urbano y le confió el cuidado de sus servidores. Fue sepultada junto a la cripta pontificia, en la catacumba de San Calixto
