В августе 1864 г. Н.П. Игнатьев начал переговоры с Константинопольским патриархом Софронием III, влиятельными представителями греческих и болгарских общин, великим везиром Али-пашой и предложил компромиссное решение в духе своей программы. Против посреднических действий Н.П. Игнатьева выступила Порта, а также радикальные представители греческих и болгарских общин. В 1864–1868 гг. при Константинопольском патриархате и при Порте действовали согласительные комиссии, которые подготовили ряд проектов решения церковного спора. Н.П. Игнатьев принимал активное участие в этом процессе, контактируя со всеми сторонами. В декабре 1866 г. ему удалось добиться ухода несговорчивого патриарха Софрония III, но сменивший его Григорий VI также не был склонен идти на уступки болгарам. В сентябре 1866 г. Н.П. Игнатьев представил А.М. Горчакову проект создания единого Патриаршего Синода из представителей всех национальных православных церквей, находящихся на территории Османской империи, включая Болгарскую православную церковь (БПЦ), но российский Святейший Синод отверг это предложение. В январе 1867 г. Н.П. Игнатьев представил в МИД новый проект, включавший создание Болгарского экзархата, подчинённого Константинополю, на территории, где жили болгары (в том числе со смешанным населением), с центром в Тырнове. После долгих уговоров патриарх Григорий VI согласился на этот проект, однако ограничил границы Экзархата 12 епархиями в Северной Болгарии. Проект не понравился Порте, которая видела в создании Экзархата признание болгар самостоятельной нацией. Но активная позиция Н.П. Игнатьева, предупреждавшего о возможности восстания в Болгарии в случае отказа Порты учесть требования болгар, подтолкнула турок принять идею. В феврале 1870 г. был издан фирман султана, который узаконивал создание Болгарского экзархата. В него вошло 30 епархий с болгарским населением, в остальных 15 епархиях со смешанным населением предполагалось провести плебисцит: при согласии двух третей жителей они могли присоединиться к Экзархату. Однако примирить болгар и греков Н.П. Игнатьеву не удалось. Радикальные представители болгарской общины сочли уступки недостаточными и потребовали включения в состав Экзархата епархий во Фракии и в Македонии, что вызвало протест греков. Болгарские представители прекратили переговоры, а 11 мая 1872 г. болгарский экзарх Анфим I (Чалыков) провозгласил автокефалию БПЦ. Константинопольский патриарх Анфим VI созвал Собор глав православных церквей, на котором 16 сентября 1872 г. представители БПЦ и вся церковь в целом были объявлены схизматиками. Эти события испортили отношения Константинопольской церкви с Россией, что, в частности, привело к конфликту в Русском монастыре великомученика Пантелеимона на Афоне.