O imperador, cada vez mais cego pelo ódio mandou flecha-la, mas as flechas voltaram e mataram os arqueiros; então ele mandou joga-la no rio Tibre com uma âncora no pescoço, veio um anjo e cortou a corda. Diante disto, o tirano ordenou que ela fosse decapitada. E assim sua alma voou gloriosamente para o céu, no dia 10 de Agosto, numa sexta-feira às três horas da tarde como seu Divino Esposo Jesus". Este relato está no livro "Revelações", de Madre Maria Luiza de Jesus, fundadora da Ordem Religiosa das "Irmãs da Imaculada e de Santa Filomena". Entretanto, o corpo de Santa Filomena só foi encontrado nas escavações das Catacumbas de Priscila, em Roma, no dia 25 de Maio de 1802. A sepultura estava intacta, fato realmente raríssimo, e foi aberta na presença de autoridades civis, religiosos da Igreja e peritos leigos. Durante estas escavações ainda encontraram: três placas de terra-cota, com as seguintes inscrições: "Paz te Cum Fi Lumena", ou seja "Paz esteja contigo Filomena". O caixão tinha os entalhes de uma palma, três flechas, uma âncora, um chicote e um lírio, indicando a forma de seu martírio e morte. Dentro dele, estavam as relíquias do corpo de uma jovem e um pequeno frasco com um líquido vermelho ressequido. Os peritos verificaram que o corpo era de uma jovem com cerca de treze anos, que tinha o crânio fraturado e que teria vivido no século IV. Assim, finalmente, foram encontradas as relíquias da jovem mártir Santa Filomena, que ficaram sob os cuidados da Igreja Católica.

Estas relíquias foram transferidas para a igreja de Nossa Senhora das Graças, em Nápoles. E ali muitas graças e milagres foram alcançados por intercessão da Santa, bem como ocorreram em muitas outras partes do mundo cristão.O seu Santuário se tornou um centro de intensa e freqüente peregrinação. O dominicano Monsenhor Mastai Ferretti, que se tornou o Papa Pio IX, em 1849, foi ao Santuário de Santa Filomena, em Nápoles. Celebrou uma missa na igreja em agradecimento à graça e intercessão da Santa, que o curou de uma doença grave. Outros pontífices se declararam fiéis devotos de Santa Filomena. Inclusive o Papa Leão XII que a proclamou "A grande milagrosa do século XIX". Foi o Papa Gregório XVI, que a nomeou "Padroeira do Rosário vivente" e escolheu o dia 11 de agosto, para a sua festa.  Entretanto, as seqüências dos estudos e descobertas posteriores mostraram que a sepultura de Santa Filomena havia sido utilizada, ao longo dos séculos, para abrigar outros mártires. Diante desta conclusão a Igreja, durante a reforma universal dos ritos litúrgicos em 1961, suprimiu-a do calendário. Mas os reconhecimentos oficiais dos milagres por intercessão de Santa Filomena, a legião de fiéis e peregrinos, inclusive a devoção particular de Papas e muitos Santos, continuam dando vida à esta celebração como marca da grande e intensa manifestação de Fé que o povo tem pelo Redentor.