Сохранившиеся сочинения Леонтия Иерусалимского являются сводом его полемики с монофизитами и несторианами. Согласно рукописной традиции, Леонтию Иерусалимскому принадлежат три сочинения – «Апории», «Свидетельства святых» («Testimonia sanctorum»; в изданиях они были объединены в сочинение «Против монофизитов» – «Contra Monophysitas») и «Против несториан» («Contra Nestorianos»). Исследователи отмечают, что произведения, составившие трактат «Против монофизитов», различаются в методе полемики: в «Апориях» приводятся диалектические доказательства без привлечения святоотеческого авторитета; «Свидетельства святых» содержат святоотеческие цитаты (впрочем, исследователи отмечают, что это сочинение включает и анализ приводимых цитат, и полемику с их монофизитским пониманием). В начале «Апорий» Леонтий Иерусалимский говорит о том, что они являются ответом на соответствующие апории монофизитов. По мнению М. Ришара, до написания монофизитских апорий Леонтий Иерусалимский уже выдвигал свои апории, получил на них ответ, после чего написал дошедшее до настоящего времени сочинение, которое вместе со «Свидетельствами святых» должно, таким образом, рассматриваться как часть более обширного произведения. П. Грей допускает такую возможность, но справедливо считает, что доказать или опровергнуть эту гипотезу невозможно. Исследователи отмечают, что «Свидетельства святых» подразделяются на теоретическую часть, патристическую, содержащую дифизитский флорилегий, критическую, где рассматривается в том числе вопрос о подделках аполлинариан, и историческую, содержащую полемику против нападок монофизитов на Халкидонский собор. По мнению исследователей, сочинение «Против монофизитов» важно для изучения церковной истории и догматических споров. В частности, Леонтий Иерусалимский приводит аргументы по следующим вопросам: защита им Халкидонского собора, несмотря на участие в нём противников Кирилла Александрийского, обвинение церкви в симонии как причина отказа от общения с ней (Леонтий Иерусалимский не считает такое обвинение достаточным основанием для разрыва общения, к которому может приводить лишь расхождение в догматах), меньшая важность заблуждений христиан-монофизитов по сравнению с заблуждениями иудеев и эллинов, аргумент о сохранении монофизитами правой веры на основании наличия у них чудес (Леонтий Иерусалимский отвергает этот довод, но признаёт возможность чудес у еретиков). Cочинение «Против несториан» (название по «Патрологии» Жана Поля Миня: «Против говорящих о двух ипостасях Христа и не исповедующих в Нём никакого сложения») является ответом на апории несториан (соответствующие им восемь тем перечислены кратко в начале сочинения). В отличие от апорий монофизитов, которые Леонтий Иерусалимский не приводит, апории несториан цитируются (они являются, скорее всего, как полагают исследователи, реальными апориями оппонентов, а не придуманы Леонтием Иерусалимским). Ответу на каждую из восьми тем посвящена отдельная книга, однако всего книг семь (сочинение либо не сохранилось целиком, либо не было дописано). Сочинение разделено на 218 глав. По мнению исследователей, трактат «Против несториан» является важным источником сведений об учении несториан после Нестория, в частности в VI в. В отличие от сочинения «Против монофизитов» этот трактат менее изучен, как отмечают исследователи, не существует ни его издания на основе древнейшей рукописи, ни переводов на современные европейские языки.