Когда 8 декабря 1869 года в соборе Святого Петра папа Пий IX торжественно открыл 20-й вселенский собор, на него прибыло 774 соборных отца из 1050, получивших полномочия на участие в соборе. Совещания собора проходили в правом крыле базилики. Собор действительно являл собой представительство вселенской католической церкви; лишь русский царь запретил польским епископам участвовать в соборе. На соборе доминировал итальянский элемент, и курия твердо держала в своих руках руководство совещаниями. (35 % участников были итальянцы, 17 % — французы, что обеспечивало абсолютное большинство представителям латинской ультрамонтанской идеи, и члены курии укрепили ее в еще большей степени.)
Установленный папой порядок обсуждения делал невозможной какую-либо серьезную дискуссию. К открытию собора семь куриальных комиссий разработали 87 схем (проектов декретов), которые затем надлежало обсудить в четырех соборных комиссиях. Однако в состав комиссий не были включены члены оппозиции; таким образом, им пришлось выступать против мнения комиссии на совместных публичных заседаниях. Оппозицию ограничили также и тем, что им предоставляли очень мало времени для выступлений.
Собор начался с обсуждения шести схем (о вере, две схемы о епископах, о духовенстве, о катехизисе, о церкви). Однако схемы были плохо подготовлены и разработаны. 24 апреля 1870 года собор принял первую догматическую конституцию (Dei Filius) о католической вере. В ней в противовес «заблуждениям эпохи» было сформулировано в духе Тридентского собора аутентичное учение о вере, Боге, о божественном откровении. Одновременно подверглись осуждению атеизм, материализм, пантеизм, рационализм, онтологизм и впервые — традиционализм.
На соборе при обсуждении схемы о церкви произошел раскол. В начале января 1870 года по инициативе английского архиепископа Мэннинга на одном из ночных заседаний 400 епископов внесли предложение включить в схему тезис о непогрешимости папы и обсудить его вне очереди. Вокруг этого вопроса развернулась острая дискуссия. Большинство оппозиционно настроенных епископов и здесь посчитало несвоевременным из тактических соображений объявить догмат, но некоторые из них действительно не верили в личную непогрешимость папы.
От принятия догмата о непогрешимости папы устранились в первую очередь епископы Германии и Центральной Европы. (Из присутствовавших на соборе 20 немецких епископов — 15, а из венгерского епископского корпуса все за исключением двух были против догмата.) Во главе оппозиции стояли архиепископ Венский Раушер, архиепископ Пражский Шварценберг и архиепископ Эстергомский Шимор, однако фактическими вдохновителями были епископ Орлеанский и архиепископ Калочайский Лайош Хайнальд, а также епископ Диаковарский Штроссмайер. Тактика оппозиции заключалась в том, чтобы снять с повестки дня обсуждение вопроса о догмате.
Однако 6 марта 1870 года Пий IX представил догмат на обсуждение. Публичная дискуссия началась 29 апреля 1870 года. Тогда оппозиция выразила свое отрицательное отношение как в письменном виде, так и устно. Епископ Роттенбургский Хефеле изложил церковно-исторические, архиепископ Венский Раушер — теологические и архиепископ Майнцский Кеттелер — практические соображения и опасения. Папа, игнорируя мнение меньшинства, несмотря на протест более 100 епископов, 13 января 1870 года своей властью прекратил дискуссию. Во время голосования, проходившего на первом закрытом заседании, за догмат проголосовало 451, против — 88, положительно, но с оговорками — 62. Большинство не пошло на компромисс с точкой зрения меньшинства. Хефеле предложил и на открытом заседании продемонстрировать особое мнение и проголосовать против. Во избежание скандала и в надежде, что таким образом решение не станет вселенским, перед последним голосованием активная оппозиция (57 епископов, главным образом из Германии и Австро-Венгрии) покинула Рим. 18 июля 1870 года на открытом голосовании 533 голосами против двух собор принял догмат о непогрешимости папы. Пий сразу же утвердил решение и торжественно огласил его в конституции «Pastor aeternus».
«Pastor aeternus» состоит из четырех глав. 1-я глава о первенстве апостола Святого Петра, 2-я глава — о преемственности этого первенства римскими папами, 3-я глава — об объеме и понимании примата римского папы, 4-я глава — о непогрешимости пастырской власти папы. Конституция в противоположность галликанизму и фебронианству провозгласила высшую юрисдикцию папы над вселенской церковью, непогрешимость его мнения во всех областях веры и нравственности, учения церкви и управления ею. Соответствующая часть конституции звучала так:
«Кто говорит, что римскому папе принадлежит лишь первенство надзора и функции ведомства, а не полная и высочайшая юрисдикция над всей церковью, и не только в делах веры и нравственности, но и во всех вопросах дисциплины и правления, где угодно на земле;
или сказал бы, что он обладает лишь значительной частью этой власти, но не всей полнотой высшей власти;