Поездка на Восток произвела на Григория совершенно неизгладимое впечатление. Он вознамерился отвоевать Иерусалим. Но поскольку без помощи Византии сделать это было невозможно, заключение церковной унии представлялось ему делом первостепенной важности. В октябре 1271 г. Григорий направил Михаилу Палеологу приглашение на Всеобщий церковный собор, проходивший в Лионе каждые два года. Понимая, как непросто будет Михаилу договариваться по этому щекотливому делу со своим православным клиром, Григорий дал понять, что требования предыдущего папы не являются обязательными и признания византийскими епископами верховенства папской власти вполне достаточно.
Михаил сразу же дал ответ; он уверял папу, что для него самого вопрос об унии является первоочередным. Его представители непременно будут присутствовать на ближайшем соборе. Михаил только просил предоставить им сопровождение: король Сицилии вполне был способен ликвидировать византийскую делегацию во время ее следования по территории Карла, а затем предъявить императору упрек, что тот вообще никого не направлял на собор.
Папа, понимая опасения Михаила, повелел аббату Монте-Кассино встретить посланцев по прибытии в Реньо и сопровождать до самого Рима. Между тем Григорий продолжал внушать Карлу мысль о его моральном долге содействовать предполагаемому объединению. Король возражал: он собирался начать военную кампанию против Византии до мая 1274 г. Григорий упросил его отложить все это дело на год, и Карл, чья флотилия не была еще полностью восстановлена после бедствия в Трапани, согласился, не особо упорствуя.
Поездка греческих делегатов в Лион оказалась не из приятных. Отбыв из Константинополя в марте 1274 г., они в скором времени попали в бурю, во время которой одно из двух суден потерпело крушение — погибли все, кто был на борту; ко дну пошли и подарки, отправленные императором папе. Когда трое оставшихся в живых посланцев василевса достигли Лиона в конце июня, собор к этому времени заседал уже семь недель. Там присутствовали все ведущие клирики западного христианского мира, в полном составе была представлена коллегия кардиналов — собрание насчитывало порядка 1500 человек. 24 июня посланников препроводили в папский дворец. Папа одарил их поцелуем любви, а они передали ему послание императора. Никаких дискуссий не велось.
Пять дней спустя Григорий совершал богослужение во время особой двуязычной мессы, призванной отметить предстоящее заключение унии. Византийцы принимали активное участие в литургии: Евангельский текст, Апостол и Символ веры читали на латинском и греческом языках, в том числе повторенное троекратно filioque, на котором был сделан особый акцент. 6 июля последовало было официальное заявление о заключении унии. Послание императора зачитали в переводе на латынь. Оно включало в себя «Исповедание веры» — вместе с включенным сюда filioque — и признание верховенства папской власти. В письме, правда, содержалась еще и просьба о том, чтобы византийской церкви было дозволено сохранить свой Символ веры (сформулированный еще до раскола между церквями) и ограничиться теми своими старыми обрядами, которые не шли вразрез с постановлениями Вселенских соборов. Затем великий логофет Георгий Акрополит дал клятву от имени императора. Впервые за двести двадцать лет Восточная и Западная церкви вступили в тесный контакт друг с другом.
Или так, по крайней мере, казалось. Только с возвращением императорских посланников подданные Михаила начали в полной мере осознавать, что произошло. Признание верховенства папской власти выглядело достаточно скверно, но предательство — а, по мнению многих византийцев, никак иначе назвать содеянное Михаилом было нельзя — зашло гораздо дальше. По какому праву император покусился на саму основу их религии, на ее вероучение? Грубо поправ каноническое право, он тяжело оскорбил Пресвятую Деву, под чьим особым покровительством находился их город. И каких новых несчастий следовало ожидать теперь византийцам? На протяжении веков они презирали Запад не только за то, что он пребывает в ереси, но также и за его грубость и неотесанность, и пятьдесят семь лет латинской оккупации не предоставили им повода изменить свое мнение. Теперь, по прошествии всего лишь тринадцати лет свободы, византийцев опять впрягали во франкское ярмо. Вскоре на улицах уже появились демонстранты. И эмоции еще больше накалились, когда патриархом был назначен известный сторонник унии Иоанн Векк.