Несмотря на попытки Юлиана Отступника склонить Кесария к переходу в язычество, тот исповедовал веру во Христа. После публичного философского диспута с императором Кесарий Назианзин получил отставку и был сослан в Назианз. Там он оставался до смерти императора Юлиана Отступника (363 г.). После воцарения императора Иовиана Кесарий Назианзин был снова призван ко двору и уже навсегда покинул родной Назианз. В правление императоров Валентиниана I и Валента он стремительно продвигался по карьерной лестнице и в 364 г. занимал должность хранителя государственной казны (квестора Вифинии), «комита священных щедрот», осуществлявшего контроль над налогами с личных земель императора, налогами с сенаторов, государственными рудниками, мельницами, монетными дворами, красильнями. Во время сильного землетрясения 11 октября 368 г. в Никее (Вифиния) Кесарий Назианзин оказался под обломками рухнувшего здания, но уцелел. Считая своё спасение чудом, он решился принять крещение и оставить светскую жизнь. Решение было поддержано Григорием и их общим другом Василием Великим. В это время Кесарий Назианзин заболел и скончался. Скорее всего, как полагают исследователи, он принял крещение на одре болезни. Перед смертью завещал своё состояние нищим. Прах Кесария Назианзина долгое время оставался без погребения, его имущество расхищалось, и потребовалось вмешательство Григория и помощь Василия Великого, писавшего влиятельным друзьям Кесария Назианзина, чтобы урна с прахом была доставлена в Назианз. Согласно надгробному слову, Кесарий Назианзин смог избегнуть опасностей мира, находясь в центре общественной жизни, оставался «христианским философом», подобно «монаху в миру», втайне ведя аскетическую жизнь. Григорий Назианзин широко использует символику мученичества по отношению к Кесарию Назианзину. Так, его прах был встречен в Назианзе с почётом, подобно праху мученика. Григорий Назианзин говорит, что Кесарий Назианзин являлся ему после смерти облечённый сиянием. Старший брат унаследовал сохранившееся имущество Кесария Назианзина, в том числе и его медицинскую библиотеку. Большая часть средств была роздана Григорием и св. Нонной нуждающимся назианзской церковной общины. Кесарий Назианзин был погребён в усыпальнице, предназначавшейся для его родителей, позже рядом с ним была похоронена св. Нонна. Именем Кесария Назианзина подписаны «Вопросоответы» первой половины VI в., содержащие естественнонаучные и богословские рассуждения. Кесарий Назианзин является главным действующим персонажем нескольких художественных произведений: вторая часть пьесы «Кесарь и Галилеянин» Хенрика Юхана Ибсена «Кесарь и Галилеянин», «Врач из Вифинии» Ольги Александровны Шульчевой-Джарман. В Западной церкви Кесарий Назианзин считается покровителем врачей.