Theo quyết định của quan tổng đốc Nam Định Nguyễn Đình Tân, cha Phêrô Almatô Bình bị lãnh án trảm quyết cùng với hai Đức Cha Hermôsilla Liêm và Đức Cha Valentinô Berriô Ochoa Vinh, ngày thi hành án lệnh được quyết định là ngày 1 tháng 11 năm 1861, chính là ngày lễ kính Các Thánh nam Nữ ở trên trời.
Như đã ghi lại trong chuyện thánh Giám mục Valentinô Berriô Ochoa Vinh, ngay từ sáng sớm ngày 1 tháng 11 năm 1862, đoàn quân hùng hậu nghiêm chỉnh hai hàng, Đi đầu là một con voi lớn, theo sau là ba chiếc cũi nhốt ba nhà truyền giáo tây phương. Ở giữa là chiếc cũi nhốt Đức Cha Valentinô Berriô Ochoa Vinh, bên phải là chiếc cũi nhốt Đức Cha Hermôsilla Liêm, bên trái là chiếc cũi nhốt cha Phêrô Almatô Bình. Theo sau xa xa là một số đông dân chúng cả lương lẫn giáo muốn chứng kiến cái chết anh hùng của các chiến sĩ Đức Tin Công giáo.
Tới nơi các quan ra lệnh mở các cũi để các ngài bước ra. Các Ngài vui vẻ, thản nhiên quay nhìn mọi người, cúi đầu chào và hai Đức Cha thì giơ tay ban phép lành lần cuối cho các tín hữu. Sau đó ba Ngài quì xuống đất, sốt sắng cầu nguyện mấy phút. Ba hồi chiêng trống nổi lên, các lý hình đã sẵn sàng giơ cao những lưỡi gươm sắc bén, đợi tiếng chiêng trống cuối cùng thì các lý hình chém một nhát, ba chiếc đầu rơi xuống đất. Mọi người chứng kiến ở vòng ngoài hồi hộp nín thở.
Có tiếng kêu lớn từ xa vọng lại:
- Trời ơi! Đầu các Ngài rơi xuóng đất rồi! Ghê sợ quá!
Những người dân cả lương lẫn giáo xô nhau tới thấm máu các Ngài.
Thi thể các Ngài được an táng ngay tại pháp trường. Một thời gian sau giáo dân cải táng rước về đặt tại Thọ Ninh. Hiện nay thủ cấp của cha thánh Phêrô Almatô Bình được chuyển về tôn kính ở Tây Ban Nha, quê hương của Ngài, còn thi hài được an táng trong thánh đường Hải Dương.
Đức Giáo Hoàng Piô X đã suy tôn Ngài lên bậc Chân Phước ngày 20 tháng 5 năm 1906. Đức Giáo Hoàng Gioan Phaolô II đã nâng cha Phêrô Almatô Bình lên hàng hiển thánh Tử Đạo Việt Nam ngày 19 tháng 6 năm 1988.