Un hecho sobresaliente de su pontificado fue la proclamación dogmática de de la Inmaculada Concepción (1854); tal definición fue solicitada por los obispos del mundo. Y, posteriormente, confirmada por las apariciones de Lourdes (1858). De singular importancia fue la celebración del Concilio Vaticano I. Era necesario reafirmar ciertas verdades combatidas en la época, tales como Dios Creador, la Revelación y la conciliación razón-fe. Desde 1867 se organizaron comisiones de teólogos para preparar los trabajos de la asamblea. Trabajaron asiduamente durante dos años. El resultado final fue la elaboración de 50 esquemas. La polémica preconciliar más grave fue la cuestión de la infalibilidad pontificia. Por distintas razones, aparecen dos grupos claramente diferenciados: los partidarios de la infalibilidad y los antiinfalibilistas.

El 8 de diciembre de 1869 se inauguró el Concilio. Lo más sobresaliente del Vaticano I fueron la sesión III (abril de 1870) y la sesión IV (julio de 1870). En la sesión III se proclamó la Constitución “Dei Filius”, que define la existencia de un Dios Creador, la importancia de la Revelación, la naturaleza de la fe y la conciliación razón-fe. La sesión IV (constitución “Pastor Aeternus”) define la institución divina de la Iglesia, al frente de la cual Cristo puso a Pedro, como fundamento de fe y unidad y cuya misión se perpetúa en los pontífices romanos sucesores de Pedro. Los papas, cuando hablan “ex cathedra”, gozan de la infalibilidad que Cristo quiso para su Iglesia.

El 18 de julio de 1870, de los 535 obispos presentes, 533 dieron su aprobación. Pío IX sancionó el decreto y entonó en “Te Deum”.