Tras la muerte de León I en el 461, el archidiácono Hilario fue elegido para sucederle, siendo consagrado probablemente el 19 de noviembre del 461,. Su pontificado, que duró seis años, tres meses y diez días, se caracterizó por una política enérgica, siguiendo el ejemplo de su predecesor.
Defensa de la Fe y la Disciplina Eclesiástica
Hilario mostró un gran celo por la integridad de la fe. En Roma, se enfrentó al emperador Antemio, quien favorecía a Filoteo, un partidario de la herejía macedonia. En una visita del emperador a San Pedro, el Papa Hilario le reprendió públicamente por la conducta de su favorito, exhortándole junto a la tumba de San Pedro a prometer que haría todo lo posible para detener el mal,.
Su principal labor como Papa fue el fortalecimiento de la disciplina y la administración eclesiástica en Galia y España.
Asuntos en la Galia
La desorganización política en la Galia hizo crucial salvaguardar la jerarquía eclesiástica. Hilario tuvo que intervenir en varias ocasiones para corregir abusos y afirmar la autoridad episcopal,.
Hermes de Narbona: Hermes, un antiguo archidiácono, había obtenido ilegalmente el obispado de Narbona. El Papa Hilario abordó este asunto, asegurando que las consagraciones episcopales solo serían válidas con la sanción del metropolitano y que ningún obispo podía ser trasladado de una diócesis a otra.
Concilios anuales: Hilario también ordenó que los obispos de la Galia se reunieran en un sínodo anual presidido por el obispo de Arlés.
Derechos metropolitanos: Protegió los derechos metropolitanos de la Sede de Embrun sobre las diócesis de los Alpes Marítimos contra las intromisiones del obispo Auxanio, particularmente en relación con las iglesias de Niza y Cimiez.
Asuntos en España
En España, Hilario también intervino para resolver problemas disciplinarios y confirmar la legalidad de las ordenaciones.
Silvano de Calahorra: Silvano, obispo de Calahorra, había violado las leyes eclesiásticas con sus ordenaciones episcopales. Los obispos de la provincia de Tarragona y el metropolitano Ascanio se quejaron al Papa, quien dictaminó que solo serían reconocidos los obispos consagrados por Silvano que hubieran sido designados para sedes vacantes y que cumplieran con los requisitos de la Iglesia.
Nombramiento de Ireneo: El obispo Nundinario de Barcelona, antes de su muerte, deseó que Ireneo fuera su sucesor, a pesar de que él mismo había nombrado a Ireneo obispo de otra sede. Un sínodo en Tarragona confirmó la nominación, pero los obispos buscaron la aprobación papal. El sínodo romano del 19 de noviembre de 465 abordó estos asuntos, decidiendo que las leyes de la Iglesia no debían ser alteradas. Hilario envió una carta a los obispos de Tarragona, declarando que ninguna consagración era válida sin la sanción del metropolitano Ascanio y que ningún obispo podía ser transferido de una diócesis a otra, por lo que se debía elegir a otra persona para Barcelona en lugar de Ireneo. Este sínodo romano es el más antiguo del que se conservan registros originales.
Obras arquitectónicas en Roma
El Papa Hilario fue un constructor activo en Roma,.
Oratorios en el Laterano: A él se deben dos oratorios en el baptisterio de Letrán, uno en honor a San Juan Bautista y otro a San Juan Apóstol,.
Capilla de la Santa Cruz: También erigió una capilla de la Santa Cruz en el baptisterio.
Otros edificios: Construyó un convento, dos baños públicos y bibliotecas cerca de la Iglesia de San Lorenzo Extramuros, y otro convento dentro de las murallas de la ciudad,. El Liber Pontificalis menciona numerosas ofrendas votivas que Hilario hizo en diferentes iglesias.