A partir del año 46 comienzan los tres grandes viajes misioneros de Pablo:
En el primer viaje misional, junto con Bernabé y su primo Juan Marcos de ayudante, parte de Seleucia, puerto de Antioquía, donde había predicado por un año, hacia la isla de Chipre, concretamente a Salamina. Este era el primer lugar donde predicaban a los "no judíos", es decir, a los gentiles o paganos.
En Pafos, se convierte al cristianismo el procónsul romano Sergio Pablo, en su séquito se hallaba el mago Elimas o Barjesús. Pablo y Bernabé, según las escrituras, predican la palabra y el procónsul con su familia quiere convertirse, pero el mago lo quiere impedir. Pablo llama al mago embustero, embaucador, empedernido, hijo del diablo y enemigo de todo lo bueno, y deja a Elimas ciego. En ese momento, después del milagro, el procónsul cree. Después de esto toman un barco con el que abandonan la isla de Chipre.
Es aquí donde Saulo comienza a ser llamado por su nombre romano Pablo que significa "el más pequeño". Navegan hacia Perge, en la región de Panfilia. Juan Marcos regresa a Jerusalén. Pablo y Bernabé continúan por el sur de Galacia. Encuentran mala acogida por parte de los judíos, y deciden dirigirse a los paganos, por los sitios nombrados formaban comunidades y dejaban encargados para cuidarlas. A partir de estas fechas, a los discípulos, también se les empezó a llamar cristianos. Los nuevos cristianos llamados "no judíos" enviaban dinero a Jerusalén por medio de Pablo y del apóstol Bernabé.
Los cristianos procedentes del judaísmo plantean la idea de que estos nuevos cristianos deberían aceptar también las leyes judías, como la circuncisión. Pablo decide plantear la cuestión en Jerusalén a su regreso en el año 49, ante los apóstoles. Esto dio lugar al primer concilio, el Concilio de Jerusalén, del año 50. Triunfó la postura de Pablo, sobre no imponer rituales judíos a los conversos gentiles.
En el segundo viaje misionero, Pablo se hace acompañar por Silas. Parten de Antioquia, por tierra, hacia Siria y Cilicia, llegando al sur de Galacia. En Listra, se les une Timoteo. Atraviesan las regiones de Frigia y Misia. Al parecer, se les une Lucas el Evangelista en Tróade. Decide ir a Europa, y en Macedonia funda la primera comunidad cristiana europea: la comunidad de Filipos. También en Tesalónica, Bere, Atenas y Corinto. Se queda durante año y medio en Corinto, acogido por Aquila y Priscila, matrimonio judeo-cristiano que había sido expulsado de Roma debido al edicto del emperador Claudio. En invierno del año 51 escribe la primera carta a los tesalonicenses, el documento más antiguo del Nuevo Testamento. Al año siguiente vuelve a Antioquía.
En primavera del año 54 inicia su tercer viaje misionero, estableciendo su centro de operaciones en Éfeso, capital de Asia Menor. Permanece allí unos tres años. Le llegan noticias de los conflictos surgidos en la comunidad de Corinto. Escribe la primera carta a los corintios en el año 54 y la segunda carta a los corintios a finales del 57. Atendiendo a los conflictos con los judeo-cristianos, escribe las cartas a los filipenses (año 57) y a los gálatas. Va a Corinto a finales del 57, donde pasa el invierno. Escribe la carta a los romanos, en la primavera del 58. Vuelve entonces a Jerusalén para entregar la colecta de las comunidades cristianas procedentes del paganismo, destinada a los pobres de las comunidades de Jerusalén.
Judíos procedentes de Antioquia lo acusan de violar la Ley e intentan matarlo en una reyerta. El tribuno romano impide que lo maten y lo encarcela. Es enviado a la provincia de Judea, donde el procurador Antonino Félix lo retiene durante dos años (del 58 al 60) a la espera de conseguir un rescate por su libertad. Porcio Festo sucede a Antonino Félix como procurador de Judea. Pablo apela a su derecho, como ciudadano romano, a ser juzgado en Roma. Tras un accidentado viaje, llega a Roma en la primavera del año 61. Es liberado en el 63. Su carta a Filem
ón se supone escrita en este periodo de cautividad, entre el 58 y el 63.
Había expresado sus deseos de llegar, lo cual posiblemente se cumplió en el año 63. Al parecer, después visitó las comunidades de Oriente. Volvió a ser apresado en Roma durante las persecuciones de Nerón. Fue sentenciado a muerte, por lo que fue decapitado hacia el año 67. Por tener la ciudadanía romana, gozó del privilegio de la decapitación, ya que el suplicio de la cruz estaba destinado para quien no era romano. Según la tradición, la cabeza rodó por el suelo y lo golpeó tres veces, y de allí donde chocó, surgió una vía de agua.
Fue enterrado en la vía Ostiense de Roma. El 11 de diciembre de 2006 el Vaticano anunció el descubrimiento del sarcófago de San Pablo tras cuatro años de excavaciones arqueológicas bajo el altar mayor de la basílica que lleva su nombre.