1541年4月7日，沙勿略和卡瑪利諾（M. P. de Camerino）和曼西亞（F. Mansillas）從葡萄牙里斯本出發。

1542年5月6日，沙勿略抵達葡萄牙在印度的中心地果阿[5]。剛到不久，沙勿略連學習地方語言、文化、風俗習慣的時間都沒有，便在印度德干半島東南沿海的漁村給成千上萬的人付洗。
1549年8月15日（聖母升天節），方濟·沙勿略在一位日本朋友彌次郎的引介之下，攜同兩位耶穌會士（島來斯神父、斐迪南修士）經麻六甲海峽，輾轉抵達彌次郎的家鄉，日本南部九州的鹿兒島。成為第一位踏上日本國土的天主教傳教士。年底，鹿兒島已經有一百五十人、附近地區有四百五十人領洗入教。

沙勿略登陸日本後，馬上發現日本的情況和印度的大異其趣，日本人的生活習慣，思想文化原來比印度的複雜多了。他意識到不能把在印度使用的傳教方法搬到日本，在這裡首先必須學習日本語言，認識日本文化，哲學思想，並採用日本人的風俗習慣，而且要花費很長的時間才足以使一個人皈依基督。沙勿略從日本寫回歐洲的信立刻被公布出來，吸引了無數人的興趣，也產生極大的共鳴。一時，他被推崇為現代的傳教士。

儘管他得到地方吉利支丹大名的支持，並打算到京都謁見天皇並取得日本全國傳教之權，但兩者均未成功。於1551年離開日本，前往中國。[7][8]這時日本有教友一千。在日本的鹿兒島現今還樹立著沙勿略的紀念碑。

沙勿略發現，中國文化對日本的影響很深，於是決心儘早訪問中國；但當時，外國傳教士要進入嚴厲施行海禁的明代中國是一件非常困難的事情。1552年（嘉靖三十一年），他組織了赴中國的葡萄牙使團，覲見明朝皇帝；但5月底使團在馬六甲被長官亞戴德（Dom Álvaro d'Ataide da Gama）扣留。於是他決心獨自前往中國，1552年8月（嘉靖三十一年七月）底，他把距離中國廣東海岸很近的上川島（屬於台山大廣海灣）作為基地，計劃偷渡入境；但是，答應幫助他們偷渡的中國商人反悔，遲遲不來。

1552年12月3日（嘉靖三十一年十一月十八日）晨，沙勿略因瘧疾病逝於島上，年僅46歲，終未達成進入中國大陸的心願。同年10月6日，利瑪竇生於義大利馬切拉塔（Macerata）；三十年後，利瑪竇成功的將天主教傳入中國。耶穌會於1847年至1853年建造在中國的第一座主教座堂時就將其命名為聖方濟各沙勿略堂（上海董家渡）。