Маркиан унаследовал от своего предшественника весьма сложное состояние дел в церкви. Монофизиты торжествовали. Маркиан, стоя на точке зрения первых двух Вселенских соборов, не мог с этим примириться и созвал в 451 году четвертый Вселенский собор в Халкидоне, имевший первостепенное значение для всей последующей истории. Состав собора был очень многочисленный; папа прислал на собор своих легатов.
Осудив деяния Эфесского разбойничьего собора и лишив Диоскора епископского сана, собор выработал религиозную формулу, совершенно отвергавшую монофизитство и вполне согласную с воззрением римского папы. Собор признал "Христа, Сына Господа единородного, в двух естествах неслитно, неизменно, нераздельно, неразлучно познаваемого". Определение веры Халкидонского собора, торжественно подтвердившее определения первых двух Вселенских соборов, сделалось одним из главнейших устоев вероучения православной церкви.
Постановления Халкидонского собора имели для истории Византии также крупное политическое значение. Византийское правительство и константинопольская церковь, выступив в середине V века решительно против монофизитства, оттолкнули от себя восточные провинции - Египет и Сирию, где население было по преимуществу монофизитским. Египетские и сирийские монофизиты остались и после собора 451 года верными своим религиозным взглядам и ни на какие уступки не соглашались. Египетская церковь отказалась от употребления греческого в качестве языка богослужения и ввела в использование египетский (коптский). Религиозные смуты, вылившиеся вскоре после этого в Иерусалиме, Александрии и Антиохии, на почве насильственного введения соборных решений в форме серьезных народных восстаний, должны были быть подавляемы с большим кровопролитием при помощи гражданских властей и военной силы. Подавление всех этих восстаний, однако, не решало основные проблемы эпохи. И вот на фоне все более обострявшихся религиозных противоречий стали ярче выступать, особенно в Египте и Сирии, противоречия племенные. Египетское и сирийское туземное население постепенно приходило к мысли о желательности отпадения от Византии. Подобная религиозная обстановка в восточных провинциях, в связи с составом населения, создала в них к VII веку такие условия, которые облегчили переход этих богатых и культурных областей сначала в руки персов, а потом арабов.
Имеет также немалое значение 28-й канон Халкидонского собора, вызвавший переписку между императором и папой, не признанный последним, но принятый на Востоке. Вопрос был о праве чести константинопольского патриарха в отношении римского папы, т. е. вопрос, решенный уже третьим каноном второго Вселенского собора. Следуя решению последнего собора, 28-й канон Халкидонского собора предоставил "равные преимущества святейшему престолу нового Рима, справедливо рассудив, чтобы город, почтенный царским правительством и синклитом и имеющий равные преимущества с древним царственным Римом, был возвеличен, подобно ему, и в церковных делах, будучи вторым по нем". Далее, в том же 28-м каноне константинопольскому патриарху предоставляется право посвящать епископов в областях Понта, Азии и Фракии, заселенных иноплеменниками. "Достаточно припомнить, - говорит Ф. И. Успенский, - что сюда могли относиться все христианские миссии на Востоке, в южной России и на Балканском полуострове, и все те приобретения восточного духовенства, которые с течением времени могли быть сделаны в указанных областях. Во всяком случае, на этой точке зрения стоят последующие греческие канонисты, отстаивающие права Константинопольского патриархата. Вот в кратких словах всемирно-историческое значение 28-го канона".
Таким образом, в лице Маркиана и Льва I мы имеем императоров, строго придерживавшихся православия.