8 lutego zmuszono go, ażeby był świadkiem egzekucji przez powieszenie nieletniego Lorenzo, który jednak ją przeżył, co zyskało mu potem miano Lazarus (Łazarza).
W dniu egzekucji Józefowi przecięto skórę na stopach i zmuszono go, by krwawiąc, o własnych siłach doszedł na cmentarz. Nad wykopanym grobem pchnięto go nożem, wcześniej po raz ostatni żądając wyparcia się wiary i oferując w zamian darowanie życia; wówczas zawołał „Viva Cristo Rey!”, prosząc, by go rozstrzelano. Kapitan żandarmerii zastrzelił go z pistoletu; chłopak padając zakreślił krwią znak krzyża na ziemi.
Beatyfikacja i kanonizacja Beatyfikował go papież Benedykt XVI 20 listopada 2005 r. w grupie trzynastu męczenników meksykańskich. 21 stycznia 2016 r. papież Franciszek uznał cud za wstawiennictwem bł. Józefa Sáncheza del Río zaś 15 marca 2016 r. podczas konsystorza wyznaczył datę jego kanonizacji.
16 października 2016 r., podczas uroczystej mszy świętej na placu Świętego Piotra w Watykanie, bł. Józef Sánchez del Río wraz z sześcioma innymi błogosławionymiz Józefem Gabrielem Brochero, Elżbietą od Trójcy Przenajświętszej, Emanuelem Gonzálezem García, Alfonsem Marią Fusco, Ludwikiem Pavoni i Salomonem Leclerc, został przez papieża Franciszka ogłoszony świętym i włączony w poczet świętych Kościoła katolickiego.