Entretanto, certa vez, a sua ostentação chamou a atenção do Bispo Nono. Foi durante uma procissão. A exuberante bailarina assistia, como se fosse um simples espetáculo, numa atitude debochada e espalhafatosa. Ricamente vestida e cercada por alguns pretendentes, ela assistia à tudo certa de que as atenções eram, na verdade, apenas ela. O sábio Bispo então questionou a multidão que se uma mulher era capaz de se enfeitar daquela forma para chamar a atenção de um simples homem mortal, como deveríamos nós, adornar a nossa alma destinada à Deus eterno? Aquela observação tocou o coração da bailarina pagã.

Ela foi para casa refletindo sobre as palavras do sermão, alí chorou de arrependimento, a noite toda. No dia seguinte procurou o Bispo, que a enviou à uma senhora cristã, para ser preparada para o Batismo. Foi assim que depois, trocou as roupas e adereços de seda e ouro por uma túnica branca para ser batizada. À noite, com autorização dele, Pelágia trocou sua túnica, por uma de penitente e abandonou Antioquia. Foi a pé para Jerusalém, viver como eremita, numa gruta, no Monte das Oliveiras, onde Jesus viveu sua Agonia da Paixão.

Mas quando chegou estava vestida como homem, para evitar que sua beleza perturbasse os outros anacoretas da pequena comunidade. E viveu sendo chamada de Pelágio, de tal modo que todos a esqueceram. Quando morreu, os ermitãos que desconheciam sua origem descobriram que Pelágio era uma mulher. Foi então que reconheceram tratar-se da bailariana da Antioquia, agora uma simples penitente arrependida, que se anulara do mundo, no seguimento do Cristo.

O seu culto e sua história foram muito difundidos no mundo cristão oriental. Chegou ao Ocidente através das tradições trazidas pelos peregrinos, que na Terra Santa, também visitavam a gruta de Santa Pelágia Penitente. A Igreja autorizou esta tradicional devoção popular, mantendo no dia 08 de outubro a sua festa litúrgica. Santa Pelágia Penitente é considerada a padroeira dos cômicos e das atrizes.