Говоря о дискуссиях на соборе, Евсевий указывает, что после завершения обвинений двух противостоящих партий император с помощью Осия попытался сблизить противников. Константин был склонен к компромиссу, но большинство епископов не согласилось с этим. Направление, называвшее себя кафолическим, приняло основной догмат, защитником которого выступал Афанасий: вторая ипостась Святой Троицы — Бог-Сын единосущен с Богом-Отцом. Однако приверженцы Ария придерживались мнения, что Иисус — лишь человек, творение Божие. Кафолики, по предложению Осия, для выражения единосущности приняли слово «омоусиос». Тогда Евсевий внес компромиссное предложение: он предложил для обозначения природы Сына применять слово «омиусиос», что означает «подобосущный», подобный по существу. Однако император принял сторону кафоликов, и собор отлучил Ария, Евсевия и арианцев от церкви, что лишь подлило масла в огонь. На Востоке арианство сохранялось еще на протяжении нескольких веков.
Затем первый вселенский собор принял еще 20 канонов (правил, соборных постановлений), в частности им был определен порядок празднования Пасхи. Большинство канонов было посвящено организационным вопросам. На соборе Константин установил деление церкви в соответствии с существующим административным делением провинций империи. Начиная с того времени церковная организация следует светской административной системе, сложившейся при Диоклетиане. (Диоклетиан вместо старых крупных провинций создал сто небольших провинций. Десять — двенадцать провинций образовывали один диоцез, во главе которого стоял викарий.) В результате административных изменений и экономического развития уже в III веке многие церковные центры так называемого апостольского устроения потеряли свое значение. Их место заняли столицы провинций, метрополии, епископы которых (episcopus metropolites) стали руководителями епископов соответствующих провинций, а позднее высшей властью над ними (митрополитами). На Востоке этот вид управления метрополией утвердился, митрополиты получали все большие права над своими епископами. Провинциальные соборы, созываемые митрополитами, уже не были коллегиально руководимыми форумами, а являлись совещательными и исполнительными органами при митрополите. Здесь скорее реализовалась доминирующая роль материнских церквей по отношению к дочерним церквам (в большинстве случаях образованных ими). На Западе сложившаяся система митрополий (из которых позднее образовались архиепископства) с гораздо большим трудом и позднее, чем на Востоке, смогла вытеснить соборное управление. На Востоке митрополит возглавлял епархию, на Западе — церковную организацию провинции. В Африке (где митрополита называют примасом) во главе провинции всегда стоял наиболее пожилой епископ, который оставался primus inter pares