Получив предварительное согласие Иннокентия IV (при содействии, как  полагают исследователи, послов французского короля Людовика IX и английского короля Генриха III), 29 или 30 июня Фаддей Свесский отправил в Верону, где находился Фридрих II, императорского нотария Вальтера из Окры. Встретившись с императором 7 или 8 июля, через неделю Вальтер вернулся в Лион. Как сообщает Матвей Парижский, Фридрих II Штауфен, узнав о выдвинутых против него обвинениях, отказался приехать на Собор и предстать там в качестве подсудимого, что привело к тому, что многие его сторонники на Лионском соборе перешли на сторону папы Римского. Вторая сессия (5 июля) была посвящена полемике Фаддея Свесского со сторонниками папы. Сразу после богослужения епископ Пётр Каринольский обвинил императора Фридриха II Штауфена в распутном образе жизни и «еретических» намерениях возвратить духовенство в состояние «апостольской бедности», а епископы Пётр Таррагонский и Иоанн Компостельский заявили, что император всегда преследовал церковь. После того как Фаддей Свесский «искусно» («mirabiliter») отвёл эти обвинения, Фридрих II Штауфен был обвинён в пленении прелатов и насилии над ними; через некоторое время Иннокентий IV лично вступил в спор. Поскольку императорский прокуратор не смог опровергнуть выдвинутые обвинения, Иннокентий IV упомянул о низложении императора как о единственно возможном наказании за преступления. На этой же сессии было официально объявлено о предоставлении императору отсрочки в 12 дней. Поскольку Вальтер из Окры привёз известие о том, что на Лионский собор прибудут только послы Фридриха II Штауфена, папа принял решение осудить императора. На третьей сессии (17 июля) были обнародованы постановления Лионского собора: о праздновании Рождества Пресвятой Богородицы, о защите от татар, о новом Крестовом походе на Святую землю, о помощи Латинской империи и другим государствам крестоносцев, зачитаны «Лионские инвентари». Лионский собор одобрил декреты; серьёзные возражения вызвали два постановления, содержавшие требования собрать часть церковных доходов для помощи Константинополю. После этого Иннокентий IV приступил к вынесению приговора императору Фридриху II Штауфену. Изложив причины такого решения и упомянув о своём терпении и снисхождении к императору, папа огласил текст приговора, затем началась церемония низложения императора. Понтифик торжественно провозгласил Фридриха II Штауфена отверженным Богом за его грехи, не способным в силу этого «царствовать и править» и лишённым императорского достоинства, а также власти над империей и всеми королевствами. Папа освободил всех подданных императора от клятвы верности и под угрозой отлучения запретил им повиноваться Фридриху II Штауфену как императору и королю. Кроме того, папа призвал имперских князей-выборщиков избрать нового императора и объявил о своём намерении позаботиться об особом «патримонии святого Петра» – Сицилийском королевстве. После того как папа огласил соборные решения, было совершено заключительное богослужение.