Zgromadzenie zwołano na 1 września 451 roku do Nicei. Na początku września przybyli tam licznie biskupi, którzy byli zwolennikami uchwał drugiego soboru efeskiego. Z rozkazu cesarza zostali usunięci z miasta. Rozpoczęcie obrad opóźniono o miesiąc i przeniesiono bliżej stolicy, do Chalcedonu. Marcjan, dzięki tym zabiegom, stworzył przychylną sobie większość wśród biskupów i uzyskał bezpośredni, szybki wpływ na przebieg obrad. Zgromadzenie rozpoczęło obrady 8 października 451 roku. Biskupi zgromadzili się w chalcedońskim sanktuarium świętej Eufemii, zniszczonym w XVI wieku.
Uczestnicy soboru thumb|Kolumna cesarza Marcjana. Ustawiona na Konstantynopola w latach 450–452. Współcześnie w Stambule. Figura cesarza na szczycie została zniszczona, prawdopodobnie w XV wieku