Собор открылся в октябре 1553 года в царских палатах. На нём присутствовал и сам царь с своими братьями и со всеми боярами. На соборе Башкин вновь исповедал свои заблуждения, каялся в них и начал обличать своих единомышленников с очей на очи. Сам государь «начать их испытывати премудре», но они, хотя убоялись царя, так крепко поборавшего по благочестию, однако ж запирались и не сознавались. Только некоторые из них сказали сами на себя, что они не поклонялись св. иконам и положили зарок и впредь им не поклоняться. К изумлению, один из числа самих святителей, Кассиян рязанский, начал поборать за еретиков и особенно за своего старца, Исаака Белобаева, приведённого на собор из дальней пустыни Соловецкого острова, за что и подвергся небесной казни: у него отнялись рука, нога и язык, и он, расслабленный, оставил свою епископию и отошёл в монастырь.
Собор признал Башкина виновным. Дальнейшая участь его неизвестна; соумышленников же его сослали по монастырям на вечное заточение, «да не сеют злобы своея роду человеческому».
К делу Башкина привлечён был Троицкий игумен Артемий. До игуменства своего Артемий жил в Псковском Печерском монастыре, потом поселился в какой-то Белозерской пустыни и оттуда вызван был в Москву. Здесь царь велел ему остановиться в Чудовской обители, а священнику Сильвестру поручил присмотреться к нему, поиспытать его. И когда Сильвестр нашёл, что Артемий имеет «довольно книжного учения и исполнен доброго нрава и смирения», то он поставлен был в игумена к Троице (в 1551 году). У Артемия был ученик Порфирий, который в качестве старца-странника не раз приходил для духовной беседы к Благовещенскому священнику Симеону. Последний, заметив, что Порфирий «от писания говорит недобро», передал всё слышанное Сильвестру. Сильвестр пригласил странника к себе и во время неоднократной беседы с ним заметил то же самое и свои сомнения пересказал царю. Царь обратил внимание на самого Артемия и начал примечать «вся слабостная учения» Порфирия и в его учителе. Но Артемий скоро оставил игуменство «за свою совесть» и отошёл в пустыню. Когда начались розыскания по поводу ереси Башкина, тогда приведён был в Москву из своей пустыни и Артемий вместе с учеником своим Порфирием и другими старцами. Артемию было сказано, будто он вызывается для того, чтобы «говорить книгами» или состязаться с Башкиным; но, услышав в Москве, что Башкин указывает и на него, как на своего сообщника, тайно бежал из Андроникова монастыря, где был помещён, в свою Белозерскую Порфириеву пустынь. Его, однако, вновь взяли оттуда и представили на собор. Здесь прежде всех выступил против него сам Башкин и как письменно, так и словесно свидетельствовал, что Артемий изрекал хулы на поклонение св. иконам, на таинство евхаристии, на предания св. отцов и многие другие. Но Артемий ни в чём не сознался и на все убеждения митрополита покаяться отвечал: «Я так не мудрствую; я верую во Отца и Сына и Св. Духа, в Троицу единосущную». Кроме Башкина, ещё 6 свидетелей, один за другим, говорили против Артемия. Собственный его келейник и ученик Леонтий рассказал только, как Артемий бежал тайно из Андроникова монастыря в свою пустынь. Артемий сознался, что бежал от наветующих, будто он не истинствует в христианском законе; самих же наветующих, несмотря на неоднократные допросы, не поименовал. И собор поставил Артемию в вину его тайное бегство из Москвы.
По-видимому Артемий не признавал Башкина еретиком и говорил только, что Матвей делает ребячество. «Меня (говорил он) призвали судить еретиков, а еретиков нет?» «Как же, Матвей не еретик, — сказал митрополит, — когда он написал молитву Единому Началу — Богу Отцу, а Сына и Святого Духа оставил?» — «Нечего ему и врать, — сказал Артемий, — такая молитва готова — молитва Манассии к Вседержителю». — «То было до Христова пришествия, — отвечали ему, — а теперь кто напишет молитву к Единому Началу — тот еретик».
Бывший Ферапонтовский игумен Нектарий заявил пред собором: «Артемий говорил мне о Троице: в книге Иосифа Волоцкого написано негораздо, что Бог посылал в Содом двух ангелов, то есть Сына и Св. Духа; да Артемий же новгородских еретиков не проклинает, и латынян хвалит, и поста не хранит, во всю четыредесятницу ел рыбу, и в день Воздвижения у царя за столом ел рыбу; да он же, Артемий, ездил из Пскова, из Печерского монастыря, в новый городок к немцам и восхвалял их веру».
Артемий на это отвечал: «Когда случалось мне из пустыни бывать у христолюбцев, я ел рыбу и у царя в день Воздвижения ел рыбу; в городок к немцам ездил и спрашивал у немецкого князя, нет ли у них человека, с кем бы мне поговорить книгами; я имел в виду поговорить о том, таков ли христианский закон у римлян, как у нас. Но мне такого книжного человека не указали». Собор вменил Артемию в вину и то, что он нарушал пост к соблазну православных, и то, что ездил к немцам для означенной цели, он сам ведает (говорил собор), что наша вера есть истинная православная вера, а латинская вера отречена от православной святыми отцами и предана проклятию».
Тот же Нектарий обличал Артемия во многих богохульных и еретических речах; но Артемий называл всё это клеветою, и три старца-пустынника, на которых сослался Нектарий, как на слышавших те богохульные речи, действительно не подтвердили его слов и сказали, что «про Артемия хулы на божественное писание и христианский закон не слыхали ничего».
Третий свидетель, бывший игумен Троицкого Сергиева монастыря, Иона, писал на Артемия, что он говорил хулу о крестном знамении: «Нет-де в том ничего; прежде-де сего на челе своём знамение клали, а ныне, своим произволением, большие кресты на себе кладут; да и на соборе-де о том крестном знамении слово было, да не доспели ничего». Артемий отвечал, что про крестное знамение Ионе не говаривал, а про собор говорил, и именно про собор нынешний. И это поставлено Артемию в вину.
Четвёртый свидетель, келарь Троицкого Сергиева монастыря Адриан Ангелов, показал пред собором: «Говорил Артемий в Корнильеве монастыре, в келье игумена Лаврентия, что нет пользы петь панихиды и обедни по умершим, — тем они муки не избудут». Артемий отвечал: «Я говорил про тех, которые жили растленным житием и грабили людей, что когда начнут петь по них панихиды и обедни, то нет им пользы, и чрез то им муки не избыть». Собор обвинил Артемия за то, что он отнимает у грешников надежду спасения.
Затем старец Троицкого Сергиева монастыря Игнатий Курачов показал: «Я слышал от Артемия про канон Иисусов: таки Иисусе, таки Иисусе, а про акафист: радуйся да радуйся». На это Артемий дал такое объяснение: «Говорят в каноне: Иисусе сладкий, а как услышат слово Иисусово, что надобно исполнять Его заповеди, то в горесть прелагаются. Говорят в акафисте: радуйся да радуйся Чистая, а сами о чистоте не радят. Значит, только по обычаю говорят, а не по истине». Собор назвал такое объяснение «развратным и хульным».
Наконец обвинителем против Артемия выступил кирилло-белозерский игумен Симеон, который ещё до собора писал царю: «Как пришло повеление быть Артемию в Москве, он находился в нашей обители, и когда я сказал ему, что Матфея Башкина поймали в ереси, он, Артемий, молвил: не ведают того, что ересь. Сожгли Курицына да Рукаваго и нынче сами не знают, за что их сожгли». Артемий сначала утверждал, что не говорил про новгородских еретиков, но потом сказал: «Не упомню, так ли я говорил про новгородских еретиков, — я новгородских еретиков не помню и сам не знаю, за что их сожгли. Может быть, я сказал, что я не знаю, за что их сожгли и кто их судил, но не говорил, что они (то есть судившие) того не знают: я сказал только про себя».
Собор определил: чтобы Артемий не мог своим учением и писаниями вредить другим, живя, где захочет, сослать его в Соловецкую обитель; там поместить его в самой уединённой келье, лишить его всякой возможности переписываться или иначе сноситься с кем бы то ни было, даже с иноками, чтобы он не соблазнил кого-либо из них, и поручить наблюдение за ним только духовнику и игумену. В этом заключении оставаться Артемию до тех пор, пока он совершенно не покается и не обратится от своего нечестия. Если он истинно покается, и игумен донесёт о том, тогда собор рассудит и примет его в единение с церковью; а если не покается, то держать его в заключении до его кончины и только пред смертью удостоить его св. причастия.