Об аутодафе было торжественно объявлено только через год. Инквизиционная тюрьма охранялась сотней вооруженных людей — братья Касалья были очень популярны в Вальядолиде, и инквизиция опасалась, что их могут освободить силой. Аутодафе состоялось 21 мая 1559 года; в числе почетных гостей на нем были сестра Филиппа II — принцесса-правительница донья Хуана, инфант принц Астурийский Дон Карлос и многие виднейшие сановники. В первом ряду обвиняемых шел Августин де Касалья, за ним его братья и сестры: Франсиско, Беатриса, Констанца и Хуан; перед ними несли изображение их матери Леоноры де Виверо; всего участвовали в процессии тридцать человек, в том числе португальский маран Гонсало Ваэз, обвинявшийся в иудейской ереси; остальные были лютеране. После проповеди великий инквизитор Вальдес привел к присяге принцессу Хуану и принца Дон Карлоса, затем началось чтение приговоров, прерываемое, когда до них доходила очередь, обрядами лишения духовного звания Августина де Касальи, Франсиско де Виверо и магистра Алонсо Переса. Кроме этих троих, к смерти были приговорены еще одиннадцать человек; сжечь приговорили также останки Леоноры де Виверо. Остальные шестнадцать человек были присуждены к менее суровым наказаниям. Всех поразил юрист из Торо Эресуэло, который на аутодафе, когда многие умоляли о пощаде, упорно порицал папу и перед самым сожжением доказывал, что лютеранство есть единственно правильная вера.
Не менее трагический конец был у жены Эресуэло — Леоноры де Сиснерос. Молодая и жизнерадостная, она еще в тюрьме покаялась в грехах, чтобы спасти свою жизнь, и инквизиция приговорила ее к вечному заточению. Но в камере ей постоянно грезился образ живьем сожженного мужа, и в конце концов она заявила о своих еретических взглядах.
В 1567 году Леонора снова предстала перед вальядолидским трибуналом — на этот раз в качестве рецидивистки. Лишь смерть могла искупить ее грех, но инквизиторы советовали ей еще раз покаяться, чтобы быть задушенной, а не сожженной заживо. Леонора де Сиснерос осталась непоколебима, желая искупить обнаруженную десять лет назад слабость, и 28 сентября 1568 года ее сожгли.
Второе вальядолидское аутодафе состоялось 8 октября 1559 года. Оно было столь же торжественным, как и предыдущее; на нем присутствовал даже король, и очевидцы утверждают, что поглазеть на происходящее съехалось почти 200 000 человек. Среди обвиняемых были Карлос де Сесо, Доминго де Рохас, Педро де Касалья, Хуан Санчес, Ефросина Мендоса, Марина Гевара и другие; все они, в числе двенадцати человек, были приговорены к сожжению; вместе с ними сожгли одного мусульманина; кроме того, были сожжены останки покончившей с собой в тюрьме Хуаны Санчес. Еще тринадцать раскаявшихся лютеран были приговорены к другим наказаниям. Геройски встретил смерть Карлос де Сесо; его так сильно пытали в тюрьме, что при произнесении приговора он не мог стоять, и его держали двое служителей инквизиции. Хуан Санчес также отказывался каяться, и лишь когда загорелся костер, начал произносить слова покаяния, но в этот момент встретился глазами с Сесо и замолчал. Остальные каялись, просили пощады и, в виде обычной милости, были задушены.
Не все сожженные в Вальядолиде заслуживали смерти даже по законам самой инквизиции. Это объясняется желанием великого инквизитора Вальдеса применить к ним, как он писал в письме папе Павлу IV, «меру устрашающей справедливости», дабы в корне поразить протестантскую заразу. Накануне второго аутодафе он просил папу издать бреве, разрешающее инквизиторам в особых случаях переходить за границы правовых норм. Вальдес знал, к кому обращался. Павел IV принадлежал к тем фанатикам на папском престоле, которые ставили задачу преследования еретиков выше всех остальных обязанностей главы церкви; как следовало ожидать, он отнесся к просьбе Вальдеса благосклонно. Еще в 1555 году он издал буллу «Cum quorundam», объявив, что все, отрицающие Троицу, божественность Христа, не разделяющие установленного учения о Св. Духе, о девственности Св. Марии и в течение трех месяцев не отрекшиеся перед инквизиторами от своих заблуждений, должны рассматриваться как упорствующие еретики и выдаваться светской власти. Расширив таким образом до таких пределов группу еретиков, подлежащих смертной казни, Павел IV не мог не пойти навстречу просьбе Вальдеса. Особым бреве великому инквизитору и Супреме было дано право считать еретиков подлежащими смерти даже в том случае, если они принесут покаяние, но инквизиция увидит в этом лишь стремление избежать наказания. Затем последовало еще одно бреве, в котором говорилось, что ввиду обнаружения в Испании прелатов, заподозренных в лютеранской ереси, папа уполномочивает великого инквизитора начать, с ведома Супремы, следствие и арестовать тех, о ком имеются основания думать, что они намерены бежать. Тем самым Вальдес получил возможность расправляться с представителями духовенства, которые почему-либо вызывали у него неприязнь; так, в частности, он погубил архиепископа Карансу.