Fatto saliente del pontificato di S. Giulio I fu la proclamazione dell'innocenza di S. Atanasio, patriarca di alessandria, calunniato dagli Eusebiani (342). Questi se ne lagnarono, e il pontefice rispose loro con un'epistola (considerata come uno dei più bei monumenti dell'antichità ecclesiastica) nella quale rimproverò di avere abbandonata la dottrina del concilio di Nicea per abbracciare eresie condannate. Siccome poi il concilio di Roma aveva annullata l'ordinazione di Gregorio e confermata l'elezione di S. Paolo alla sede di Costantinopoli, prolungando il dissidio fra la Chiesa d'Oriente e quella d'Occidente, si giudicò necessario convocare un concilio che potesse mettere d'accordo le due Chiese. Infatti, per iniziativa di Giulio I e col consenso dei due imperatori, fu convocato nel 347 il concilio di Sardica (Illiria), nel quale S. Atanasio ottenne una nuova vittoria e gli Eusebiani seguaci di Ario, vennero condannati e scomunicati. In quel concilio, al quale il pontefice non poté assistere, fu deciso che tutti i vescovi dovessero ricorrere al successore di S. Pietro per risolvere le loro vertenze. Oltre all'Epistola agli Eusebiani, rimasero di S. Giulio I due importanti lettere alle Chiese d'Oriente.
Le reliquie di questo papa si conservano, in Roma, sotto l'altare maggiore della chiesa di S. Maria in Trastevere.