Amikor Jenő összehívta a ferrarai zsinatot (amely a bázeli zsinat riválisa volt), Cesarinit tette meg az ortodox egyházakkal való megbékélést vizsgáló bizottság elnökének. 1439-ben a városban dúló pestisjárvány miatt a zsinat átköltözött Firenzébe, ahol Cesarini továbbra is nagy szerepet játszott a görögökkel folytatott tárgyalásokon. A tárgyalások eredményeként rövid időre sikerült elsimítani a nagy egyházszakadást és egyesült a keleti és a nyugati kereszténység.