不久后，清军宁国总兵胡茂祯，池州总兵于永绶，徽州总兵李仲兴、芜湖总兵卜从善，探听道黄道周在婺源县境明堂里下营，随分三路围攻，黄道周部下，损失数千人，余众星散，五百忠义营精兵，护着黄道周且战且逃，但清兵早有准备，三面围攻之下，五百士卒全部战死，黄道周被清军俘获。
随后清军将黄道周押送至南京狱中，他在狱中吟咏如故，有诗云，“六十年来事已非，翻翻复复少生机。老臣挤尽一腔血，会看中原万里归。”
时清廷派使洪承畴劝降，黄道周又写下这样一副对联：“史笔流芳，虽未成功终可法；洪恩浩荡，不能报国反成仇。”将史可法与洪承畴对比。洪承畴又羞又愧，上疏请求免道周死刑，清廷不准。
洪承畴随杀黄道周，临刑前，道周望南而拜，痛声呼道：“臣黄道周拜别吾皇陛下。”他连拜九次后，痛涕道：“陛下啊～臣虽不能再驰骋疆场，为国立业，然忍耻被俘，也断无再生之理，臣死而无怨，望陛下重整朝纲，力挽狂澜，扫除奸雄，挥兵北进，圣朝安得无雪耻之日焉？愿陛下圣意果决，戒之，慎之。”言罢，再拜，而后端坐受刑。
观刑百姓无不痛哭流涕，大呼，“黄大人。”
同日其门人蔡春落、赖继谨、赵士超和毛玉洁同日被杀，人称“黄门四君子”。
讣讯传至福建，隆武帝“震悼罢朝”，特赐谥“忠烈”，赠文明伯，并令在福州为黄道周立“闵忠”庙，树“中兴大功”坊；另在漳浦立“报忠”庙，树“中兴荩辅”坊，春秋奠祭。
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