Уже в ноябре 430 г. император издал указ, которым приглашал от своего, а равно от имени западного императора, всех епископов явиться на Вселенский собор в Ефес на Троицын день следующего 431 г. Место созвания собора частью указывало на сущность предстоящих рассуждений: в Ефесе св. Дева провела последние годы жизни, а ревность к чести Богородицы и необыкновенная популярность христологического вопроса объясняется особенным ее отношением к Константинополю как высокой покровительницы царственного города. В частном письме к Кириллу император ставит ему в упрек его поведение в церковном споре и относит на его ответственность, что дело получило нежелательное направление, и делает ему замечание насчет неуместности его непосредственного обращения к императрице и августе Пульхерии. Участие Целестина, епископа римского, на Ефесском соборе выразилось в посылке им на собор депутатов, которым поручено было, однако, не вмешиваться в прения. Император, со своей стороны, послал представителем своим комита Кандидиана, который также не должен был вмешиваться в религиозные споры. Он должен блюсти, чтобы монахи и мирские люди, прибывшие в Ефес ради любопытства, не нарушали порядка и не производили смуты, иначе подлежали изгнанию из города; точно так же ему поручалось следить за порядком прений на соборе, чтобы каждый мог свободно высказать свое мнение, а равно, чтобы дана была возможность без стеснения делать возражения на выслушанные речи. На его же обязанности было следить, чтобы члены собора, не окончив догматического вопроса, не разъезжались по домам. Второе придворное лицо, явившееся на собор в качестве спутника Нестория, комит Ириней, не имел никаких официальных полномочий.
Первым между членами собора прибыл в Ефес Несторий с 16 епископами своего патриархата; вскоре за ним, за 5 дней до Троицы, явился Кирилл с 50 епископами и в сопровождении множества черного духовенства. После праздников прибыли Ювенал иерусалимский и Флавиан солунский. Несколько заставил себя ожидать Иоанн антиохийский, что и потому обращало на себя внимание, что антиохийская Церковь принимала особенно близкое участие в деле Нестория, т. к. он происходил из антиохийского духовенства. Т. к. время проходило, а прибытие антиохийского епископа день за днем откладывалось, то Кирилл александрийский решился открыть заседание собора 22 июня 431 г., т. е. две недели спустя после праздника Троицы, бывшего 7 июня. За день до заседания Несторий был уведомлен об имеющем состояться заседании, а в самый день открытия собора к нему являлись депутации с приглашением явиться, но Несторий объявил, что он примет участие тогда, когда прибудут другие епископы. Можно догадываться, что Несторий не считал компетентным то собрание епископов, которое держалось Кирилла. Для александрийского епископа и его партии и в этом обстоятельстве могло бы быть некоторое предостережение, но еще важней было то, что партия в 68 епископов отделилась от большинства и просила Кирилла не спешить с открытием собора до прибытия запоздавших.
Уже в самый день открытия собора комит Кандидиан, на котором лежала прямая обязанность предупредить нарушение порядка и справедливости, явился в заседание, чтобы выразить протест против действий Кирилла; но когда он прочел императорский указ о соборе, правах и обязанностях членов его и выразил желание обождать еще четыре дня до открытия деятельности собора, его заявление было оставлено без внимания. Когда Кирилл открыл заседание, с ним было всего 160 членов-епископов; но при подписи протокола вечером оказалось уже 198 членов. Сначала прочитаны были акты, касающиеся созвания собора; затем документы, относящиеся до предмета, подлежащего обсуждению: символ никейский, письмо Кирилла к Несторию об ипостасном соединении божества и человечества во Христе, ответ Нестория на это письмо; наконец, письмо папы Целестина и письмо Кирилла вместе с определениями александрийского собора. На основании прочитанных актов и мест Священного Писания и отцов Церкви собор пришел к выводу, что учение Нестория о разделении божества и человечества во Христе не соответствует церковному мнению, которое утверждает истинное человечество Бога Слова и признает, что божеское и человеческое естество соединены во Христе нераздельно и неслиянно. Церковное определение состоялось в тот же день вечером и выражено так: Господь наш Иисус Христос, на которого Несторий изрыгал хулы, устами сего святейшего собора определяет лишить его епископского сана и отлучить от церковного общения.