Феодосий назначил собор в Ефесе в самый день Пятидесятницы 431 г. Это был Третий Вселенский Собор. В Ефес прибыли Кирилл с 40 египетскими епископами, Ювеналий Иерусалимский с палестинскими епископами, Фирм, еп. Кесарии Каппадокийской, Флавиан Фессалоникийский. Прибыл и Несторий с 10 епископами и два высших чиновника, друзья Нестория. Первый Кандидиан, как представитель императора, второй Ириней - просто как расположенный к Несторию. Не было только Иоанна Антиохийского и папских легатов. По прошествии 16 дней срока, назначенного императором для открытия собора, Кирилл решился открыть собор, не дожидаясь отсутствующих. Чиновник Кандидиан протестовал против этого и послал донос в Константинополь. Первое заседание было 22 июня в церкви Богородицы. Нестория приглашали на собор три раза. Но в первый раз он дал ответ неопределенный, второй раз отвечал, что придет, когда все епископы съедутся, а в третий - даже не выслушал приглашения. Тогда собор решил рассмотреть дело Нестория без него. Были прочитаны Символ Веры Никео-Цареградский, послания к Несторию, анафематизмы Кирилла и послания Нестория к Кириллу, его беседы и прочее.
Отцы нашли, что послания Кирилла заключают в себе православное учение и, напротив, послания и беседы Нестория - не православное. Потом отцы проверили, как Несторий учит в настоящее время, не отказался ли он уже от своих мыслей. По свидетельству епископов, беседовавших в Ефесе с Несторием, оказалось, что он придерживается прежних мыслей. Наконец, были прочитаны изречения отцов Церкви, писавших о Лице Господа Иисуса Христа. Здесь тоже Несторий противоречит им. Приняв все это во внимание, отцы Ефесского собора признали учение Нестория еретическим и определили лишить его сана и отлучить от церковного общения. Под приговором подписалось 200 епископов и первое заседание кончилось.
В тот же день собор в Ефесе объявил о низложении Нестория и послал уведомление об этом клиру в Константинополе. Кирилл еще от себя написал письма епископам и настоятелю константинопольского монастыря авве Далматик". Вскоре были отправлены и акты собора императору. Несторию был объявлен приговор на другой день после заседания. Он, конечно, его не принял и в донесении императору жаловался на неправильные, будто бы, действия собора, обвинял особенно Кирилла и Мемнона и просил императора или перевести собор в другое место, или дать ему возможность благополучно возвратиться в Константинополь, потому что, жаловался он со своими епископами, - его жизни угрожает опасность.
Между тем в Ефес прибыл Иоанн Антиохийский с 33 сирскими епископами. Отцы собора его уведомили, чтобы он не входил в общение с осужденным Несторием. Но Иоанн был не доволен решением дела не в пользу Нестория, и потому, не входя в общение с Кириллом и его собором, составил свой собор с Несторием и приехавшими епископами. К Иоанну примкнуло несколько епископов, бывших на соборе св. Кирилла. На собор Иоанна также прибыл императорский уполномоченный. Собор Иоанна признал осуждение Нестория незаконным и начал суд над Кириллом, Мемноном и другими епископами, осудившими Нестория. Кириллу было несправедливо поставлено в вину, между прочим, что учение, изложенное в его анафематизмах, сходно с нечестием Ария, Аполлинария и Евномия. И вот, собор Иоанна осудил и низложил Кирилла и Мемнона, отлучил от церковного общения, впредь до раскаяния, прочих епископов, осудивших Нестория, донес обо всем в Константинополь императору, клиру и народу, прося императора утвердить низложение Кирилла и Мемнона. Феодосий, который получил кроме донесений Кирилла, Нестория и Иоанна еще донесение Кандидиана, не знал, как поступить в этом случае. Наконец, он распорядился, чтобы все постановления соборов Кирилла и Иоанна были уничтожены и чтобы все епископы, прибывшие в Ефес, собрались вместе и покончили споры мирным образом. Кирилл не мог согласиться с таким предложением, так как на его соборе было вынесено правильное решение, а Иоанн Антиохийский представлял действия своего собора правильными, о чем оба доносили в Константинополь.
Пока велась эта переписка, собор, под председательством Кирилла, продолжал свои заседания, которых было семь. На втором заседании было прочитано послание папы Целестина, привезенное только теперь прибывшими легатами, и признано было вполне православным; в третьем - Римские легаты подписали осуждение Нестория; в четвертом - Кирилл и Мемнон, неправильно осужденные Иоанном (который не явился на приглашение явиться на заседание) были оправданы; в пятом - Кирилл и Мемнон, для опровержения обвинений, возведенных на них Иоанном, осудили ереси Ария, Аполлинария и Евномия, а собор отлучил от церковного общения самого Иоанна и сирийских епископов; в шестом - запрещено на будущее время изменять что-либо в Никео-Цареградском Символе или вместо него составлять другие, наконец, в седьмом - собор занялся решением частных вопросов по разграничению епархий. Все соборные акты были посланы императору для утверждения.
Теперь Феодосий находился в еще большем затруднении, чем прежде, потому что неприязнь между собором и сторонниками Иоанна увеличилась в значительной степени. А вельможа Ириней, прибывший в столицу из Ефеса, сильно действовал при дворе в пользу Нестория. Епископ Берийский Акакий подал императору совет, удалив от соборных рассуждений Кирилла, Мемнона и Нестория, поручить всем остальным епископам пересмотреть вновь дело Нестория. Император так и поступил. Он послал в Ефес чиновника, который взял под стражу Кирилла, Мемнона и Нестория, и начал принуждать к согласию прочих епископов. Но соглашения не последовало. Между тем, св. Кирилл нашел случай из-под стражи написать клиру и народу константинопольскому, а также авве Далматик" о происходящем в Ефесе. Авва Далматий собрал иноков константинопольских монастырей и вместе с ними при многочисленном стечении народа, с пением псалмов, с горящими светильниками, отправился ко дворцу императора. Войдя во дворец, Далматий просил императора, чтобы православные отцы были освобождены из заключения и чтобы было утверждено определение собора относительно Нестория.
Появление знаменитого Аввы, 48 лет не выходившего из своего монастыря, произвело сильное впечатление на императора. Он обещал утвердить решение собора. Затем в церкви, куда отправился авва Далматий с иноками, народ открыто провозгласил анафему Несторию. Таким образом колебания императора кончились. Оставалось только привести сирских епископов в согласие с собором. Для этого император приказал спорящим сторонам выбрать по 8 депутатов и прислать их в Халкидон для взаимных рассуждений в присутствии императора. В эту депутацию со стороны православных вошли два Римских легата и иерусалимский епископ Ювеналий. Со стороны защитников Нестория - Иоанн Антиохийский и Феодорит Кирский. Но и в Халкидоне не было достигнуто соглашение, несмотря на заботы Феодосия. Православные требовали, чтобы сирские епископы подписали вославные требовали, чтобы сирские епископы подписали осуждение Нестория, а сирские не соглашались и не хотели принимать, как они выражались, догматов Кирилла (анафематизмов). Так дело и осталось нерешенным. Впрочем, Феодосий теперь перешел решительно на сторону православных епископов. По окончании Халкидонского совещания он издал указ, в котором приказал всем епископам возвратиться на свои кафедры, в том числе и Кириллу, а Нестория еще прежде удалил в Антиохийский монастырь, из которого он прежде был взят на константинопольскую кафедру. Преемником Нестория православные епископы поставили Максимилиана, известного своей благочестивой жизнью.