I. Gyulát pápaságát főként az arianizmus elleni küzdelem határozta meg. Az eretnekség szerint a Fiú nem egylényegű (homousziosz), hanem hasonlényegű (homoiusziosz) az Atyával. A 341-es antiochiai zsinaton szembekerült egymással Athanasziosz, alexandriai püspök, az arianizmus kemény bírálója és Nikomédiai Euszebiosz, aki el akarta mozdítani ellenfelét. Euszébiosz végül követek révén a pápa döntését kérte. I. Gyula Athanasziosz-t vette pártfogásába: 342-ben ünnepélyesen erősítette meg a püspököt hivatalában. A vitát a 343-ban Serdica-ban (Szófia) összehívott zsinaton kívánták lezárni, ahol mindössze 76 keleti püspök vett részt. Ők is nem sokkal később kivonultak és a közeli Philippopolisban gyűltek össze. Itt letettnek nyilvánították I. Gyula pápát és Athanasziosz-t.