En 1646, un incident allait changer la vie de Blaise. Installé à Rouen, son père, veuf, se cassa la jambe et fut soigné par deux gentilshommes qui passèrent trois mois dans sa maison. Nouvellement convertis au jansénisme, ils firent découvrir à la famille les œuvres de Jansénius, Saint-Cyran et Antoine Arnauld. Dès lors, bouleversé par ces lectures, Blaise se persuada que le but suprême de l’homme n’était pas la vérité mais la sainteté.
Bien que souffrant d’une terrible maladie qui lui paralysait le bas du corps et l’obligeait à marcher avec des béquilles, dès sa conversion, il porta un cilice et endura des souffrances en remerciant Dieu de l’inviter ainsi à prendre conscience des maladies de son âme. Son ardeur gagna le reste de la famille.
Pour autant, Blaise n’en abandonna pas ses études scientifiques. Il fit une distinction entre les sciences d’autorité – comme la théologie – où toute vérité se trouve dans les livres sacrés, et les sciences de raisonnement où la raison et l’expérience conduisent à la connaissance. Ainsi put-il concilier sa vie religieuse et son activité scientifique en vérifiant les découvertes de Torricelli et conclure à l’existence de la pesanteur de l’air (principe du baromètre) bien avant Newton.
Puis, à partir de 1651, Blaise connut une période mondaine où il découvrit auprès d’esprits brillants une autre philosophie de vie que la sienne: celle qui visait à réaliser une forme de bonheur terrestre par l’adaptation de l’individu à un idéal mondain. Semblant avoir perdu sa ferveur religieuse, il menait grand train et certains affirment qu’il songeait à se marier.
Mais, en 1654, progressivement, la maladie, la lassitude de cette vie mondaine, et surtout l’influence de sa sœur Jacqueline, l’entraînèrent vers Port-Royal. Echappant à un accident de voiture, il se crut marqué par la Providence avant de connaître une extase mystique le décidant à tout sacrifier à sa certitude religieuse. Il se retira à l'abbaye de Port-Royal des Champs.
En 1656, au cours de la polémique qui s’envenimait entre jansénistes et jésuites au sujet de l’Augustinus, Pascal fut invité à défendre la cause de ses amis. Il se lança dans la bataille avec toute l‘ironie, la passion, l’éloquence dans son oeuvre Les Provinciales. La persécution de Port-Royal, la condamnation papale et la mise à l’index des Provinciales, rien n’affaiblit son ardeur. Ecrivant pamphlet sur pamphlet, contraint de changer fréquemment de nom et de domicile, l’exaltation de sa foi était le meilleur des moteurs.
C’est probablement vers cette époque qu’il forma le projet d’écrire une Apologie du Christianisme. Se méfiant de sa mémoire, il jeta ses idées sur du papier dont il ne resta que des notes éparses. Ces feuilles, recueillies après sa mort, et travaillées par les jansénistes, furent éditées sous le titre : Pensées de M. Pascal sur la Religion. Remaniées par la suite, et bien qu’il faille renoncer à reconstituer avec certitude l’ouvrage qui s’élaborait dans l’esprit de l’auteur, elles constituent sa seconde œuvre maîtresse : Les Pensées. Au 19ème siècle, Chateaubriand, réhabilita Pascal dans une page du Génie deu Christianisme et les romantiques s'enthousiasmèrent pour l'imagination et l'angoisse frémissante de cette âme passionnée.
Pendant qu’il polémiquait, Pascal était revenu aussi aux mathématiques et résolut le difficile problème de la « Cycloïde » mettant peut-être Leibniz sur la voie du calcul infinitésimal.
Mais la reprise des persécutions contre Port-Royal, l’expulsion des religieuses en 1661 et la soumission de certains trouvèrent en lui le plus intransigeant des jansénistes.
Bien qu’épuisé, il continua à mortifier ses sens et vécut ses quatre dernières années dans des souffrances ininterrompues. Sa maladie s’aggrava. Le 29 juin 1662, il se fit transporter chez sa sœur pour laisser sa maison à un enfant malade.
Deux petits mois plus tard, sur son lit de mort, il se reprochait de n’avoir pas assez fait pour les pauvres et demandait d’être transféré aux Incurables pour y mourir « en la compagnie des pauvres ». Finalement, il décéda chez sa sœur Gilberte.
Blaise Pascal fut inhumé en l’église Saint-Etienne-du-Mont près d’un pilier de la chapelle de la Vierge. Sa sœur Gilberte et son beau-frère, Florin Perrier, le rejoignirent dans sa sépulture qui a disparu. On en ignore l’endroit précis, ce que rappelle une petite plaque.
Au moins vingt-cinq ans après son décès, et après la mort de Gilberte et Florin, une première épitaphe fut gravée sur sa pierre tombale qui fut rapidement effacée. Une autre fut réalisée sur une petite table de marbre blanc que l’on fixa à l’un des piliers de la chapelle de la Vierge au-dessus de sa tombe. Cette dernière fut encore remplacée par une nouvelle que l'on peut lire de nos jours accrochée à un mur.