W 1871 roku Döllinger był jednym z organizatorów i uczestnikiem kongresu teologicznego w Monachium, na którym ukształtowana została doktryna starokatolicyzmu. Później brał aktywny udział w rozwoju ruchu starokatolickiego w Europie i z pełnym przekonaniem przyznawał się do starokatolicyzmu, chociaż nie zgadzał się z niektórymi reformami wprowadzanymi w Kościołach starokatolickich. Nigdy też nie przystąpił do utworzonego w 1872 roku, na kongresie w Kolonii, Kościoła Starokatolickiego w Cesarstwie Niemieckim i odmówił przyjęcia sakry biskupiej z rąk biskupów Kościoła Utrechtu. Stał bowiem na stanowisku, że opór wobec nowego nauczania Kościoła katolickiego należy kontynuować wewnątrz rzymskokatolickiej struktury jurysdykcyjnej, w formie publicystyczno-literackiego ruchu protestacyjnego, a nie w postaci formalnej schizmy i nowej wspólnoty eklezjalnej.
Był zaangażowany w dialog ekumeniczny i dążenia unijne, przede wszystkim w obrębie Kościołów niezależnych od władzy zwierzchniej papieża, ale pozostających na gruncie tradycji katolickiej.