Собор сумел привлечь на свою сторону императора Констанция II, который распорядился издать новое определение веры (третья Сирмийская формула), так что василианская партия омиусиан одержала временную победу. Для окончательного решения вопроса было предложено провести Вселенский собор. Группа восточных арианских епископов убедила императора провести его одновременно в двух городах – на Востоке и на Западе (в том числе для того, чтобы западные епископы, в большинстве придерживавшиеся термина «единосущие», не смогли повлиять на решение восточного епископата; см. ст. Аримино-Селевкийский собор). Собор должен был окончательно утвердить составленное омиусианами определение веры (четвёртая Сирмийская формула, или «датированная вера»: определение было согласовано епископами и одобрено императором 22 мая 359 г.). Именно этот Собор и должен был рассмотреть помимо прочего дело Кирилла. На Востоке Собор состоялся в Селевкии Исаврийской в 359 г. Императора на нём представлял его посланник Леона, настроенный, как и местный военачальник Лаврикий, проариански. В Соборе приняло участие свыше 150 епископов, в их числе Кирилл, который не поддерживал акакианскую партию и, скорее, был близок к василианской. Во всяком случае, Феодорит Кирский пишет, что до Собора Кирилл «имел общение с Василием, Евстафием, Сильваном и прочими» (т.е. не только с приютившим его Сильваном Тарсским, но и с Василием Анкирским и его ближайшим единомышленником Евстафием Севастийским), а Филосторгий упоминает, что «Василий [Анкирский] с честью принял Кирилла Иерусалимского». Однако в трудах самого Кирилла термин «подобосущие» никогда не используется, и каких-либо следов омиусианства исследователи в них не нашли. Но, как полагают исследователи, именно его близостью к партии Василия Анкирского и следует объяснять настороженное отношение к Кириллу со стороны последовательных сторонников никейского вероисповедания, равно как и младших современников – Иеронима Стридонского, который отзывается о Кирилле в неуважительном тоне, и Сократа Схоластика, который утверждает, что ко времени второго Вселенского собора Кирилл «уже покаялся и стал единосущником». Собор открылся 27 сентября, а 29 сентября Акакий Кесарийский представил ему своё исповедание веры. Но, обнаружив, что оно не имеет шансов быть принятым, он, заручившись поддержкой Леоны, отказался от участия в заседаниях, расколов Собор на две части. Одним из предлогов для выхода из состава Собора для Акакия стал факт участия в нём Кирилла, которого он изверг из сана (по мнению исследователей, Феодорит ошибается, когда пишет, что епископ Акакий под предлогом присутствия Кирилла отказался участвовать в Соборе с самого начала). Оставшаяся с Василием часть Собора (около 110 епископов – больше, чем акакиан) приняла решение о низложении Акакия, Евдоксия и их сторонников и выбрала на Антиохийскую кафедру пресвитера Аниана. Сан Кирилла, наоборот, был подтверждён (согласно Епифанию, он, вернувшись в Иерусалим, даже рукоположил на Кесарийскую кафедру епископа Филумена). Но партия акакиан и не думала сдаваться: епископ Аниан был немедленно схвачен Леоной и отправлен в ссылку, а сам Акакий и его единомышленники, прибыв в Константинополь, сумели склонить на свою сторону императора Констанция II, который позволил им собрать в 360 г. свой Собор.