Феодосий назначил собор в Ефесе в самый день Пятидесятницы 431 года. Это был Третий Вселенский собор. В Ефес к назначенному времени прибыли, между прочим, Кирилл с сорока египетскими епископами, епископ Иерусалимский Ювеналий с палестинскими епископами, Фирм, епископ Кесарии Каппадокийской, Флавиан Фессалоникийский. Прибыл и Несторий с десятью епископами, а вместе с ним два высших чиновника, Кандидиан и Ириней, оба друзья Нестория, первый как представитель императора на Вселенском соборе, второй — просто по расположению к Несторию. Не было только Иоанна Антиохийского и легатов папы Целестина. Прошло 16 дней после срока, назначенного императором для открытия собора. Ввиду этого, святой Кирилл решился открыть собор, не дожидаясь прибытия Иоанна Антиохийского и папских легатов, хотя императорский чиновник Кандидиан протестовал против этого и донес в Константинополь. Первое заседание было 22 июня в церкви Богородицы, предоставленной в распоряжение собора местным епископом Мемноном. Нестория с его епископами приглашали на собор три раза: в первый раз накануне открытия собора, во второй и третий при открытии собора. Но Несторий в первый раз дал ответ неопределенный, во второй — отвечал, что придет на собор, когда все епископы съедутся, а в третий — не хотел даже выслушать приглашения. Тогда собор решился рассматривать дело Нестория без него. Прочитаны были Символ 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 — неправославное. Потом отцы проверили, как Несторий учит в настоящее время, не отказался ли от своих мыслей теперь. Оказалось, по свидетельству епископов, которые беседовали с Несторием уже в Ефесе, что он держится прежних мыслей. Наконец, прочитаны были извлечения из сочинений отцов Церкви, которые писали о лице Господа Иисуса Христа. Оказалось и здесь, что Несторий противоречит им. Сообразивши все это, отцы Ефесского собора признали учение Нестория о соединении в лице Господа Иисуса Христа двух естеств еретическим и определили лишить его епископского сана и отлучить от общения церковного. Под приговором подписалось до 200 епископов. Первое заседание кончилось. Объявив в тот же день о низложении Нестория в Ефесе, собор уведомил о том же константинопольский клир, а Кирилл написал еще от себя письма к сочувствовавшим ему в Константинополе епископам и настоятелю одного константинопольского монастыря, авве Далматию. Вскоре затем отправлены были к императору и акты собора. Несторию приговор объявлен на другой день после заседания. Он, конечно, не принял его и в донесении к 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 Несторий со своими епископами — его жизни угрожает опасность.
Между тем прибыл в Ефес Иоанн Антиохийский с тридцатью тремя сирскими епископами. Отцы собора уведомили его, чтобы он не входил в общение с осужденным Несторием. Но Иоанн был недоволен решением дела не в пользу Нестория и потому, не входя в общение с Кириллом и его собором, составил свой собор из приехавших с ним и Несторием епископов. К Иоанну же примкнуло несколько епископов, бывших на соборе святого Кирилла. Императорский уполномоченный также прибыл на собор Иоанна. Собор Иоанна признал осуждение Нестория незаконным и начал суд над Кириллом, Мемноном и другими епископами, осудившими Нестория. В вину Кириллу несправедливо поставлено было между прочим то, 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, участвовавших в осуждении Нестория, и обо всем донес в Константинополь императору, клиру и народу, прося императора утвердить низложение Кирилла и Мемнона. Феодосий, который кроме донесений Кирилла, Нестория и Иоанна получил еще донесение Кандидиана, не знал, как поступить в этом случае. Наконец, он распорядился, чтобы все постановленное на соборе под председательством Кирилла и на соборе Иоанна было уничтожено и чтобы все епископы, прибывшие в Ефес, собрались вместе и покончили споры мирным образом. Святой Кирилл не мог согласиться на такое предложение, так как на соборе под его председательством было постановлено правильное решение, и в этом смысле доносил императору. Со своей стороны и Иоанн Антиохийский доносил в Константинополь, представляя действия своего собора правильными.