Ngày 24-8-1838, do một kẻ phản bội, cha Phaolô Phạm Khắc Khoan đã bị bắt tại Ninh Bình cùng với hai thầy giảng Phêrô Nguyễn Văn Hiếu và Gioan Baotixita Ðinh Văn Thành. Cha Khoan lúc ấy đã 69 tuổi, người làng Bồng Hải, thầy Phêrô Hiếu 44 tuổi, người làng Ðồng Chuối và thầy Gioan Thành 40 tuổi, người làng Nộn Khê, cả ba đều thuộc tỉnh Ninh Bình.

Thời gian bị cầm tù của các ngài kéo dài hai năm. Ðã nhiều lần các ngài bị khuyến dụ, đe dọa để bỏ đạo. Các quan muốn làm nản chí các ngài bằng cách phân rẽ mỗi người ở riêng một chỗ, nhưng tất cả vẫn luôn trung thành. Ban đầu, một mình cha Phaolô Khoan bị kết án xử tử trước, nhưng vì già yếu bệnh tật nên ngày xử cha được dời lại, điều này làm hai thầy vui mừng vì có cha bên cạnh như người bạn trợ lực. Một lần kia, vì thấy các ngài quá vững vàng, không hề lo sợ án xử, các quan đã hỏi sao cha không ham sống, cha trả lời: “Nếu quan thương tha chết cho, tôi rất đội ơn, vì ai lại không thích sống, cả đến con vật cũng biết sợ chết huống chi con người... Nhưng người ta chỉ chê bỏ sự sống vì Ðấng đã tạo dựng nên mình và sẽ được lãnh nhận phần thưởng trên trời quý giá gấp trăm sự sống trần gian này”.

Cuối cùng, vì không lay chuyển nổi đức tin của các ngài, quan đã đệ án về kinh và được chuẩn y. Ngày 28-4-1840, các ngài đã hân hoan tới pháp trường chịu xử chém để nhận lãnh triều thiên tử đạo.

Ðức Thánh Cha Lêô XIII đã phong các ngài lên bậc Chân phước ngày 27-5-1900. Ðức Thánh Cha Gioan Phaolô II đã tôn phong Hiển Thánh ngày 19-6-1988.