Удивленный монарх возвратился во дворец и велел позвать императрицу. Он спросил ее, где же посланное ним яблоко. Евдокия ответила, что съела его. Тогда император достал яблоко из-под своего плаща и показал обманщице. Взбешенный и мучимый ревностью, император, как свидетельствуют летописцы, тотчас же расстался с женой».
Павлин был удален от двора и сослан в Кесарию Каппадокийскую, где вскоре был умерщвлен по приказанию царя.
Евдокия увидела, как вслед за Павлином попал в опалу и еще один ее друг, префект Кир. Тогда, чувствуя, что она полностью отстранена от дел, Афинаида-Евдокия попросила у Феодосия позволения уехать в Иерусалим. Император охотно на это согласился, поскольку уже ничего не чувствовал к жене, кроме злобы. Так около 442 года Евдокия опять поселилась в Святом городе.
Первое время она жила в Иерусалиме как императрица, окруженная свитой, где выделялись священник Север и диакон Иоанн, которых она привезла с собой из Константинополя. Правитель Иерусалима Сатурнин донес об этом Феодосию, и тот, все еще подозревая Евдокию в супружеской измене, «дал повеление отрубить им головы». Евдокия отомстила доносчику за эту обиду: Сатурнин пал от рук убийц, возможно, подкупленных или просто направляемых опальной императрицей.
После этого в жизни Евдокии начался новый период: Феодосий отозвал из Иерусалима всех составляющих ее свиту императорских чиновников и таким образом лишил ее преимуществ императорского звания. Она начала жить как частное лицо, но благодаря оставшимся у нее богатствам прославилась как щедрая благотворительница и устроительница церквей, монастырей и больниц. Рядом с базиликой Гроба Господня ею был построен великолепный дворец для иерусалимских епископов, она восстановила разрушенные более столетия назад стены Иерусалима, считая, что именно к ней относятся строки 50-го псалма: «Ублажи, Господи, благоволением (по гречески — Евдокия) Твоим Сион, и пусть воздвигнутся стены Иерусалимские». Бурная строительная деятельность Евдокии была схожа с деятельностью императрицы Елены, в результате чего в легендах произошло их отождествление. Так, коптское предание об обретении Животворящего Креста приписывает его находку Евдокии.
Христианство стало государственной религией Римской империи только около века назад. В V веке оно еще только формировало свою идеологию, периодически разделяясь на разные течения в попытках трактовать сущность Бога. Общепризнанные теологические взгляды, часто при поддержке власти, канонизировались на соборах, а отклоняющиеся от господствующей линии объявлялись ересями. Хотя ереси преследовались (но без истребления десятков тысяч отступников, как в более поздние века), в целом императорская власть терпимо относилась к инакомыслию, и особенно авторы этой эпохи хвалили за это императора Феодосия II.
Евдокия окружила себя в Иерусалиме аскетами и монахами, начала интересоваться вопросами христианского богословия, симпатизировать монофизитам и их лидеру Диоскору Александрийскому, одержавшему на Эфесском «разбойничьем» соборе в 449 году победу над православной партией. В 451 году учение монофизитов было осуждено Халкидонским собором, но Евдокия все равно оставалась ему верна. Согласно Хронографии Феофана, «монах Феодосий, муж погибельный, тотчас после Халкидонского собора отправился в Иерусалим и, узнавши, что царица Евдокия расположена к Диоскору, низложенному собором, начал громко кричать против собора, обвиняя его в ниспровержении православной веры, чем привлек на свою сторону царицу и монахов». То, что Евдокия так легко приняла проповедь Феодосия против Халкидонского собора, исследователи объясняют тем, что она считала этот собор собором Пульхерии и поэтому была против него. В результате к моменту возвращения иерусалимского патриарха Ювеналия (на Эфесском соборе он поддержал Диоскора, а на Халкидонском отрекся от монофизитов, был оправдан и возвращен на иерусалимскую кафедру) в городе был подготовлен бунт.
Не теряя времени, Евдокия наняла войско, вооружила монахов, поставила стражу на возведенные ею Иерусалимские стены, и, когда Ювеналий, гордясь достигнутым званием патриарха, вступил в Иерусалим, его окружила толпа, настойчиво требовавшая, чтобы он проклял собор и отказался от своей подписи. Патриарх не согласился, и тогда мятежная толпа рассеялась по городу, отворила двери тюрьмы, попутно избивая приверженцев Ювеналия, и наконец ринулась в базилику гробницы Господней, где провозгласила Феодосия Иерусалимским патриархом.
Феодосий стал рукополагать новых епископов, пользуясь поддержкой палестинского монашества. Византийский император Маркиан направил в Палестину войска, которые 16 января 452 года взяли в осаду церковь Гефсимании, куда на праздник собрались отступники. В 453 году после 20 месяцев отсутствия патриарх Ювеналий вернулся на свою кафедру. Феодосий бежал в Синайский монастырь, а Евдокия, невзирая на увещевания дочери Евдоксии, зятя Валентиниана и Папы Римского Льва Великого, оставалась сторонницей монофизитов.