В Халкидоне был созван законный 4-й Вселенский собор. Всех отцов на нем было 630. Из наиболее замечательных были: Анатолий Константинопольский, принявший сторону православных, Домн Антиохийский (низложенный Диоскором и возвращенный Маркианом), Максим, поставленный на его место, Ювеналий Иерусалимский, Фалассий Кесарие-Каппадокийский, блаженный Феодорит, Евсевий Дорилейский, Диоскор Александрийский и другие. Папа, желавший собора в Италии, все же прислал своих легатов в Халкидон. Председателем собора был Анатолий Константинопольский. Первым делом отцы занялись рассмотрением деяний разбойничьего собора и судопроизводством над Диоскором. Его обвинителем был известный Евсевий Дорилейский, который представил отцам записку с изложением всех насилий Диоскора на разбойничьем соборе. Ознакомившись, отцы отняли у Диоскора право голоса, после чего он попал в число подсудимых. К тому же на него представили много обвинений египетские епископы, которые рассказали о безнравственности и жестокости Диоскора и его разного рода насилиях. Обсудив все это, отцы осудили его и низложили, так же, как осудили разбойничий собор и Евтихия. Тех епископов, которые принимали участие в разбойничьем соборе, отцы Халкидонского собора простили, так как они раскаялись и объяснили в свое оправдание, что действовали под страхом угроз Диоскора.
Затем отцы занялись определением вероучения. Им предстояло изложить такое вероучение о двух естествах в Лице Господа Иисуса Христа, которое было бы чуждо крайностям несторианства и монофизитства. Среднее между этими крайностями учение именно и было православным. Отцы Халкидонского собора именно так и поступили. Приняв за образец изложение веры св. Кирилла Александрийского и Иоанна Антиохийского, а также послание папы Льва Римского к Флавиану, они таким образом определили догмат об образе соединения в Лице Господа Иисуса Христа двух естеств: "последующе божественным отцам, все единогласно поучаем исповедовать единого и того же Христа, Сына, Господа единородного, в двух естествах, неслитно, неизменно, нераздельно, неразлучно, познаваемого (никакоже различию двух естеств потребляемому соединением, паче же сохраняемому свойству каждого естества воедино лицо и воедину ипостась совокупляемого): не на два лица рассекаемого или разделяемого, но единого и того же Сына и единородного Бога Слова". Таким вероопределением осуждалось как несторианство, так и монофизитство. Все отцы были согласны с этим определением. Блаженный Феодорит, которого на соборе подозревали в несторианстве, особенно египетские епископы, произнес анафему на Нестория и подписал его осуждение. Поэтому собор снял с него осуждение Диоскора и восстановил в сане, равно как снял осуждение с Ивы, епископа Эдесского. Только египетские епископы держали себя двусмысленно по отношению к вероопределению. Они хотя и подписали осуждение Евтихия, но не хотели подписать послания Льва Римского к Флавиану, под тем предлогом, что, по существующему в Египте обычаю, они ничего важного не делают, без соизволения и определения своего архиепископа, которого, в связи с низложением Диоскора, у них не было. Собор обязал их клятвой подписать, когда будет поставлен архиепископ. - Когда донесли Маркиану, что все сделано, он прибыл сам на собор на 6-е заседание, произнес речь, в которой выразил радость, что все сделано по общему желанию и мирно. Впрочем, заседания собора еще не окончились. Отцы занялись составлением 30 правил. Главные предметы правил церковное управление и церковное благочиние. После собора император издал строгие законы относительно монофизитов. Приказано было всем принимать учение, определенное Халкидонским собором; монофизитов ссылать в заточение или изгонять; их сочинения сжигать, а за их распространение казнить и проч. Диоскор и Евтихий были сосланы в отдаленные провинции.
Халкидонский собор утвердил постановления не только трех предыдущих Вселенских соборов, но и поместных: Анкирского, Неокесарийского, Гангрского, Антиохийского и Лаодикийского, бывших в 4-м веке. С этого времени первенствующих епископов в главных пяти церковных округах стали называть патриархами, а знатнейшим митрополитам, лишенным некоторых прав самостоятельности, в почетное отличие, присвоили титул экзарха: напр., Ефесскому, Кесарийскому, Ираклийскому.
Епископ Арсений, отмечая это, добавляет: "Название встречалось и раньше; так имп. Феодосий в письме 449 года назвал епископа Римского Патриархом. На 2-м заседании Халкидонского. Собора императорские представители сказали: "пусть святейшие патриархи каждого округа изберут по два из округа для рассуждений о вере". Отсюда видим, что это название уже вошло в официальное употребление. Что же касается названия "папа", то в Египте и Карфагене простой народ называл так первенствующих епископов, а прочие были у него "отцы", а эти "деды" (папы). Из Африки это название перешло в Рим".
Монофизитская ересь после собора