Los mayores logros de Pío IX fueron de carácter puramente eclesiástico y religioso.
Dogma de la Inmaculada Concepción
Pío IX mantuvo una profunda devoción a la Santísima Virgen María a lo largo de su vida. Ya en 1849, durante su exilio en Gaëta, envió cartas a los obispos de la Iglesia solicitando sus opiniones sobre la Inmaculada Concepción,. Este deseo de definir la Inmaculada Concepción como dogma se había manifestado ardientemente en el mundo católico durante el pontificado de su predecesor, Gregorio XVI, a través de peticiones de obispos, capítulos canónicos y congregaciones religiosas.
El 8 de diciembre de 1854, en presencia de más de 200 obispos, Pío IX proclamó la Inmaculada Concepción de la Santísima Virgen María como un dogma de la Iglesia mediante la bula Ineffabilis Deus,,. Esta doctrina afirma que la Santísima Virgen María, en el primer instante de su concepción, por una gracia y privilegio singular de Dios omnipotente, en vista de los méritos de Jesucristo, Salvador del género humano, fue preservada inmune de toda mancha de pecado original. La definición declaró que esta doctrina es revelada por Dios y, por lo tanto, debe ser creída firme y constantemente por todos los fieles. Aquellos que se atrevieran a pensar de otra manera serían condenados por su propio juicio, habrían naufragado en la fe y se habrían separado de la unidad de la Iglesia.
La proclamación de este dogma tuvo un impacto significativo en la doctrina y devoción católica. Sin embargo, también generó controversia con la Iglesia Ortodoxa debido a diferentes presuposiciones antropológicas.
Concilio Vaticano I y la Infalibilidad Papal
Pío IX convocó el Concilio Vaticano I (1869-1870). El 29 de junio de 1869, emitió la bula «Æterni Patris» para convocar el concilio, que inauguró el 8 de diciembre de 1869 en presencia de 700 obispos.
Durante la cuarta sesión solemne del concilio, el 18 de julio de 1870, se proclamó la doctrina de la infalibilidad papal como dogma de la Iglesia,. Esta doctrina, definida en la constitución dogmática Pastor Aeternus, afirma que el Papa, cuando habla ex cathedra (es decir, cuando, en el ejercicio de su oficio como pastor y maestro de todos los cristianos, en virtud de su suprema autoridad apostólica, define una doctrina de fe o moral para ser sostenida por toda la Iglesia), posee, por la asistencia divina prometida a él en San Pedro, esa infalibilidad con la que el Divino Salvador quiso dotar a su Iglesia para la definición de la doctrina de fe o moral,. Además, tales definiciones del Romano Pontífice son irreformables por sí mismas, y no por el consentimiento de la Iglesia,.
El Concilio Vaticano I, aunque es recordado principalmente por la definición de la primacía y la infalibilidad papal, también aprobó Dei Filius, la constitución dogmática sobre la fe católica, que trató la relación entre fe y razón,. El concilio tuvo que ser interrumpido abruptamente debido a la guerra franco-prusiana y el asedio de Roma por el ejército italiano en septiembre de 1870, lo que impidió que se completara su trabajo, dejando su eclesiología desequilibrada al no poder abordar plenamente el episcopado y la Iglesia en su conjunto,.
La enseñanza de Pastor Aeternus fue una respuesta a la amenaza percibida a la unidad e independencia de la Iglesia frente a movimientos como el galicanismo y el febronianismo, que promovían la autonomía de las Iglesias nacionales y la subordinación de la Iglesia al Estado.
Promoción de la Vida Interior de la Iglesia
Pío IX también impulsó la vida interior de la Iglesia a través de varias regulaciones litúrgicas importantes y reformas monásticas. Fomentó la devoción al Sagrado Corazón, extendiendo esta fiesta a todo el mundo el 23 de septiembre de 1856. Por su iniciativa, el mundo católico fue consagrado al Sagrado Corazón de Jesús el 16 de junio de 1875. Además, su pontificado se caracterizó por un número sin precedentes de beatificaciones y canonizaciones.