В Соборе приняли участие магистр Ордена тамплиеров и представитель Ордена госпитальеров (см. Мальтийский орден); активно участвовавший в работе Собора генерал Ордена францисканцев кардинал Бонавентура скоропостижно скончался до его закрытия. На второй Лионский Собор был приглашён католический богослов Фома Аквинский, скончавшийся по дороге в Лион. Единственным светским правителем, прибывшим на Собор, был король Арагона Хайме I (1213–1276 гг.). Второй Лионский Собор посетили также представители государства Хулагуидов. 7 мая 1274 г. в кафедральном соборе святого Иоанна Крестителя состоялось торжественное открытие второго Лионского Собора, и прошла его первая сессия. В хоре находилось место для папы Римского, напротив которого сидели латинские патриархи Константинополя и Антиохии. В правой части главного нефа были расположены места для кардиналов-епископов, в левой – для кардиналов-пресвитеров, за которыми сидели архиепископы, епископы и аббаты. Совершив мессу, папа Римский Григорий X вместе с кардиналами пропел гимн «Veni, Creator Spiritus» и произнёс проповедь на тот же евангельский стих, что и папа Римский Иннокентий IV на открытии четвёртого Латеранского Собора, – «Очень желал Я есть с вами сию пасху прежде Моего страдания» (Лк. 22:15), после чего папа перечислил вопросы, вынесенные на рассмотрение второго Лионского Собора. В начале второй сессии (18 мая) кардинал Бонавентура прочитал проповедь на Вар. 5:5 («Встань, Иерусалим, и стань на высоте, и обратись на восток, и посмотри на детей твоих»), затем папа Римский Григорий X выступил с призывом начать новый Крестовый поход на Святую землю и затронул вопросы, связанные с его финансированием. Папа Римский потребовал прекратить все войны между христианами на время подготовки Крестового похода (планировалось, что это займёт шесть лет), обещал отлучить от церкви пиратов и тех, кто продают сарацинам металлы, оружие и корабли. Тем, кто согласились принять крест и участвовать в походе, даровалась индульгенция. Все решения, касавшиеся Крестового похода, вошли в состав постановления «Zelus fidei» (оно, однако, не отражено в канонах второго Лионского Собора). Во время третьей сессии (4 или 7 июня), которая была открыта проповедью кардинала Пьера де Тарантеза на Ис. 60:4 («Возведи очи твои и посмотри вокруг: все они собираются, идут к тебе»), было принято 12 канонов. 24 июня в Лион прибыла византийская делегация в составе бывшего Константинопольского патриарха Германа III (1265–1266 гг.), Никейского митрополита Феофана и великого логофета Георгия Акрополита. Делегаты Собора и члены Римской курии проводили послов к папскому дворцу, где Григорию X были переданы письма от императора Михаила VIII Палеолога, его сына, будущего императора Андроника II Палеолога (1282–1328 гг.), и духовенства Константинопольской церкви, также послы объявили о своей готовности признать веру и первенство Римской церкви. 29 июня понтифик в присутствии участников второго Лионского Собора совершил мессу. Бонавентура произнёс проповедь о необходимости церковного единства, после чего присутствовавшие исполнили Никейский Символ веры с Filioque на латинском и греческом языках.