Podczas tych studiów musiał odbyć dwuletnią służbę wojskową w specjalnej jednostce dla kleryków w Bartoszycach. Z tego okresu znany jest fakt mężnej postawy alumna Jerzego, który nie pozwolił odebrać sobie medalika i różańca, za co był szykanowany przez tamtejsze władze wojskowe. Celem tych szykan i obostrzeń w służbie było zniechęcanie żołnierzy-kleryków do powrotu na drogę powołania kapłańskiego. Popiełuszko nie dał się złamać, inicjował opór, podtrzymywał na duchu kolegów, choć spotykały go za to bezwzględne kary: wyśmiewanie, wielogodzinne ćwiczenia, czołganie się na mrozie, czyszczenie toalet w masce gazowej. Wojsko wyniszczyło go fizycznie. Na początku 1970 r., już po powrocie do seminarium, ciężko zachorował i niemal cudem udało się go uratować. Kłopoty zdrowotne towarzyszyły mu już do końca życia. W dniu 12 grudnia 1971 roku otrzymał święcenia subdiakońskie, a 12 marca 1972 roku – diakonat. Dnia 28 maja 1972 roku w bazylice archikatedralnej św. Jana Chrzciciela w Warszawie na Starym Mieście, Jerzy Popiełuszko przyjął święcenia kapłańskie z rąk kardynała Stefana Wyszyńskiego, prymasa Polski. Jako neoprezbiter został skierowany do pracy duszpasterskiej i katechetycznej najpierw w parafii Świętej Trójcy w Ząbkach koło Warszawy, gdzie pracował trzy lata (10.06.1972 – 4.10.1975), a następnie do parafii Matki Bożej Królowej Polski w Warszawie-Aninie.
Po trzech latach, 20 maja 1978 roku, przeniósł się na wikariat do parafii Dzieciątka Jezus w Warszawie na Żoliborzu, skąd 25 maja 1979 roku władza archidiecezjalna skierowała go do pracy duszpasterskiej przy kościele akademickim św. Anny w Warszawie na Trakcie Królewskim. Prowadził tam konwersatoria dla studentów medycyny, organizował rekolekcje i obozy o charakterze rekolekcyjnym oraz kierował duszpasterstwem pielęgniarek w kaplicy Res Sacra Miser przy Krakowskim Przedmieściu. Między innymi kierował zebraniami formacyjnymi grupy studentów Akademii Medycznej, był duszpasterzem średniego personelu medycznego (pielęgniarki) oraz co miesiąc urządzał dla lekarzy spotkania modlitewne. Gdy po raz pierwszy odprawiał Mszę św. dla pielęgniarek w kaplicy Res Sacra Miser przyszła tylko jedna osoba. Wkrótce jednak Msza stała się bardzo popularna. Po celebracji wygłaszał prelekcję związaną z etyką zawodową. W Adwencie i w Wielkim Poście organizował dni skupienia i rekolekcje. Wiele uwagi poświęcał kwestii obrony życia nienarodzonych dzieci i konieczności udzielania konkretnej pomocy kobietom w ciąży, znajdującym się w trudnej sytuacji. Zorganizował też specjalną bibliotekę medyczną, która służyć miała m.in. dokształcaniu personelu medycznego w dziedzinie bioetyki katolickiej. Ks. Popiełuszko uważał, że formacja lekarzy i pielęgniarek to bardzo ważna dziedzina pracy duszpasterskiej i mimo licznych obowiązków nigdy z tego nie zrezygnował. Od czterech lat był członkiem Krajowej Konsulty Duszpasterstwa Służby Zdrowia, a na terenie Archidiecezji Warszawskiej – diecezjalnym duszpasterzem środowisk medycznych. Dnia 6 października 1981 roku podjął się nadto opieki duszpasterskiej nad chorymi w Domu Zasłużonego Pracownika Służby Zdrowia w Warszawie przy ul. Elekcyjnej 37, urządzając tam własnym sumptem kaplicę i stając się na mocy nominacji kurialnej kapelanem. Proboszczowie i księża, z którymi pracował wspominają go jako najzwyklejszego wikarego, który czasem bał się głoszenia kazań i miewał drobne, ludzkie słabości. Okazało się jednak, że ma niezwykły dar nawiązywania kontaktów i bliskości z ludźmi. Lubił ich, interesował się, słuchał. Parafianie wiedzieli, że mogą na niego liczyć w kłopotach, szczególnie przejmował się losem chorych. Z wieloma rodzinami serdecznie się zaprzyjaźnił. Parafianie odwiedzali go, zapraszali do siebie, jeździli razem z nim na wycieczki. Był jednak dla nich przede wszystkim duszpasterzem. Nikogo nie nawracał na siłę.
Pierwszy nieudany zamach na życie księdza miał miejsce 13 października. Była to próba upozorowania wypadku samochodowego. 19 października 1984 r. ks. Jerzy w towarzystwie swego kierowcy Waldemara Chrostowskiego udał się do Bydgoszczy, gdzie w kościele Świętych Polskich Męczenników odprawił Mszę św. i prowadził rozważania do tajemnic różańca. Ostatnie słowa tych rozważań brzmiały: „Módlmy się, byśmy byli wolni od lęku, zastraszenia, ale przede wszystkim od żądzy odwetu i przemocy”. W drodze powrotnej, wieczorem, samochód księdza został zatrzymany przez patrol drogowy. W rzeczywistości w milicyjne mundury przebrani byli funkcjonariusze SB – Grzegorz Piotrowski, Waldemar Chmielewski i Leszek Pękała. Waldemarowi Chrostowskiemu niemal cudem udało się wyswobodzić – gdyby nie to, śmierć ks. Jerzego stałaby się zbrodnią nieznanych sprawców. Mordercy działali w poczuciu bezkarności. Od swego przełożonego, Adama Pietruszki, otrzymali specjalne przepustki, które zwalniały ich od wszelkich kontroli. Ksiądz skrępowany i z kneblem na ustach bity był kilkakrotnie do nieprzytomności drewnianą pałką. Gdy na tamie pod Włocławkiem wrzucali do Wisły obciążone kamieniami zmasakrowane ciało w foliowym worku, nie wiadomo było, czy ks. Popiełuszko jeszcze żył. Ciało ks. Jerzego Popiełuszki wyłowiła milicja w dniu 30 października 1984 roku ze sztucznego zbiornika wodnego przy tamie na Wiśle koło Włocławka.
Sekcja zmasakrowanych zwłok została przeprowadzona w Białymstoku – blisko Suchowoli, bo tak zarządziły władze komunistyczne, ale pogrzeb, zgodnie z życzeniem rodziców i katolickiego społeczeństwa, odbył się w Warszawie. Ks. Jerzy Popiełuszko został pochowany w grobie przy kościele św. Stanisława Kostki. Obrzędom pogrzebowym przewodniczył i okolicznościowe kazanie wygłosił kardynał Józef Glemp, prymas Polski. Jego pogrzeb 3 listopada 1984 r. zgromadził jak się szacuje od 600 do 800 tyś. ludzi z całego kraju. Już dwa dni później do warszawskiej kurii wpłynęły pierwsze prośby o beatyfikację.
Przekonanie duchowieństwa i wiernych o męczeńskiej śmierci ks. Jerzego Popiełuszki za wiarę spowodowało, że kardynał Józef Glemp, arcybiskup metropolita gnieźnieński i warszawski oraz prymas Polski, wystarał się o potrzebne zezwolenie Stolicy Apostolskiej i powołał archidiecezjalny trybunał, który zajął się procesem beatyfikacyjnym ks. Jerzego. Proces ten na szczeblu diecezjalnym trwał od 8 lutego 1997 do 8 lutego 2001 roku. Następnie akta procesu zostały przewiezione do Stolicy Apostolskiej i poddane dalszym badaniom w Kongregacji Spraw Kanonizacyjnych.
W 2002 roku wymieniona Kongregacja wydała dekret o ważności przeprowadzonego procesu na szczeblu diecezjalnym, co pozwoliło na otwarcie 3 maja 2003 roku drugiego etapu procesu beatyfikacyjnego, tym razem w Rzymie. Na początku roku 2009 papież Benedykt XVI zgodził się na przyśpieszony tryb rozpatrzenia sprawy. Dzięki temu już 19 grudnia 2009 roku mógł podpisać dekret o męczeństwie za wiarę ks. Jerzego Popiełuszki i polecił arcybiskupowi Angelo Amato przewodniczyć ceremonii beatyfikacyjnej. W dniu 15 lutego 2010 roku metropolita warszawski arcybiskup Kazimierz Nycz ogłosił, że beatyfikacja Sługi Bożego Jerzego Popiełuszki będzie mieć miejsce w Warszawie na Placu Zwycięstwa, czyli Piłsudskiego, w niedzielę 6 czerwca 2010 roku.
W uroczystości beatyfikacyjnej wzięli udział: kardynał Józef Glemp – prymas Polski senior, arcybiskup Kazimierz Nycz – metropolita warszawski, arcybiskup Józef Kowalczyk – nuncjusz apostolski w Polsce, arcybiskup Józef Michalik – przewodniczący Konferencji Episkopatu Polski, arcybiskup Henryk Muszyński – prymas Polski, kilkudziesięciu biskupów, członkowie Kapituł, kilkuset kapłanów, przedstawiciele władz państwowych i samorządowych oraz kilkusettysięczna rzesza wiernych. Po Mszy św. beatyfikacyjnej uformował się orszak procesyjny z udziałem dwunastu tysięcy pielgrzymów, który przeniósł relikwie błogosławionego Jerzego Popiełuszki do Panteonu Wielkich Polaków w świątyni Opatrzności Bożej w Wilanowie.