По свидетельству Феодорита Кирского, Диодор писал также против Маркелла Анкирского, Малхиона, Савеллия и эбионизма Фотина, «доказав, что Христос – предвечный Бог, в последние дни вочеловечившийся и совершивший наше спасение». В конце 378 г. Мелетий и Диодор вернулись в Антиохию, где Диодор почитался как столп православия. Решая вопрос о замещении вакантных кафедр в городах Антиохийского диоцеза, Мелетий назначил Диодора епископом Тарса, главного города Киликийской митрополии (согласно Феодориту, это произошло при императорах Грациане и Феодосии I). Диодор принял участие в Антиохийском соборе 379 г., а также во втором Вселенском соборе 381 г. Во время этого Собора умер Мелетий, и на его кафедру был избран Флавиан. После того как Григорий Богослов сложил с себя полномочия председателя Собора и ушёл на покой, Диодор выдвинул в качестве его преемника Нектария, жителя Тарса, с которым он познакомился в это время. Почтенная наружность Нектария произвела на Диодора самое выгодное впечатление. Он был записан последним в списке кандидатов («из-за угождения» Диодору), но император Феодосий, может быть, знавший его как сенатора, остановился именно на нём (епископы неохотно согласились на его избрание). И Нектарий (ещё в белой одежде новокрещённого) был провозглашён Константинопольским епископом. По мнению священника Николая Фетисова, Диодор должен был принимать непосредственное участие в символьной и канонической деятельности Собора. После окончания второго Вселенского собора указ императора торжественно объявил, что в диоцезе Восток образцом веры следует считать Диодора с Пелагием Лаодикийским. В 386 г. во время визита Диодора в Антиохию он побывал в церкви, в которой проповедовал Иоанн Златоуст, произнёсший «Похвальное слово» в честь Диодора в его присутствии. В начале 390 гг. к Диодору в Тарсе пришёл ученик Феодор (впоследствии епископ Мопсуестийский). Год смерти Диодора неизвестен (в 395 г. на Соборе в Константинополе присутствовал другой епископ из Тарса – Фалерий). Блаженный Иероним в сочинении «О знаменитых мужах», составленном в 392 г., не отметил Диодора как здравствующего, что обычно делал в отношении других. По словам Феодорита Кирского, Диодор писал, «черпая потоки учения из Божественного источника, будучи проводником Духа». Иоанн Златоуст в «Похвальном слове» в честь Диодора сравнивал его язык с землёй обетованной: «...Это – язык, текущий молоком и мёдом (Исх. 3:8)... Когда я представляю приятность слов, то называю голос его лирой, а когда представляю силу, то – некоторой воинской трубой, такой, какую имели иудеи, когда разрушали стены Иерихона». Сведения о многочисленных и разнообразных сочинениях Диодора содержатся в «Лексиконе Суды» (выписки из «Церковной истории» Феодора Чтеца), в творениях древнецерковных писателей, у несторианских историков. Большая часть творений Диодора утрачена: многие его сочинения уничтожались арианами, а также истреблялись в эпоху борьбы с несторианством. Из всего корпуса творений Диодора, за исключением толкования на псалмы, сохранились лишь фрагменты.