La hirotonirea sa întru preot strălucea într‑o lumină dumnezeiască, îngerii slujindu‑i în Sfântul altar. Într‑o zi, o oarecare femeie din popor, îndemnată de vrăjmașul ucigaș de suflete, surprinsă de frumuseţea Sfântului Eusebiu, a dorit a intra în camera acestuia, dar îngerii Domnului, ţinând ușile încuiate, au împiedicat‑o să facă acest păcat. A doua zi, femeia a îngenuncheat în faţa Sfântului, cerându‑i iertare pentru gestul necuviincios pe care dorea să îl facă. 

Inspirat de Sfântul Atanasie al Alexandriei (18 ian.), care scrisese viața Sfântului Antonie cel Mare, înființează la Vercelli o comunitate preoțească similară unei comunități monahale, el însuși împletind îndatoririle arhierești cu viețuirea îngerească. Această mănăstire a dăruit Italiei de secol IV adevărate chipuri de sfințenie și importanți călăuzitori ai comunităților creștine, precum Sfântul Onorat (28 oct.), succesorul său, Sfântul Gaudentie de Novara (22 ian.), Sfântul Eustasie de Aosta (2 feb.) și pe Maxim de Torino (25 iun.). Tot aici începe o puternică lucrare de catehizare a poporului creștin, dar mai ales a păgânilor din zona Piemonte.  

În anul 354, Sfântul Liberie îl trimite pe Sfântul Eusebiu înaintea împăratului Constanțiu al II‑lea, pentru a‑i propune convocarea unui sinod care să pună capăt neînțelegerilor din sânul Bisericii. Sinodul a avut loc la Milano, în anul 355. Văzând că episcopii arieni au susținerea împăratului, că nu vor să accepte hotărârile Sinodului de la Niceea și că își mențin acuzele la adresa Sfântului Atanasie cel Mare, Sfântul Eusebiu nu a vrut să participe, dar, sub presiunea împăratului și a episcopilor, Sfântul va participa la sinod, apărând dreapta credință și protestând vehement împotriva condamnării nedrepte a Sfântului Atanasie.

Ca răspuns la toate acestea, Sfântul este arestat și trimis în exil, mai întâi la Scitopolis, în Siria, unde îndură setea, foametea, bătăi şi umilinţe pentru adevărata credință, netemându‑se de moartea trupului, ci apărând cu tărie duhovnicească adevărata credință. Este trimis apoi în Capadocia, și în cele din urmă în Tebaida Egiptului, de unde revine în scaunul episcopal în anul 362, când împăratul Iulian le permite tuturor episcopilor exilați să se întoarcă în cetățile încredințate spre păstorire. De la Scitopolis, Sfântul Eusebiu trimite scrisori turmei sale din Vercelli, întărindu‑o în devotamentul și evlavia ei pentru dreapta credință. După restabilirea sa în scaunul episcopal, Sfântul Eusebiu călătorește la Alexandria, la prietenul său, Sfântul Atanasie, iar mai apoi în alte Biserici din Orient, trecând prin zona Iliricului și ajungând apoi la Vercelli, asigurându‑se, ca un adevărat doctor de suflete, de restabilirea păcii și a dreptei credințe, instruind credincioșii în învățăturile Bisericii. 

Ajuns la Vercelli în anul 363, îi stă alături Sfântului Ilarie de Poitiers (13 ian.) în desființarea arianismului, fiind unul dintre principalii oponenți ai episcopului arian Auxențiu din Milan. De asemenea, la întoarcerea sa traduce şi publică în latină, corectând unele erori teologice, Comentariile la Psalmi scrise în limba greacă de istoricul bisericesc Eusebiu de Cezareea. În catedrala din Vercelli se păstrează Codex vercellensis, cel mai vechi manuscris al Evangheliilor în limba latină, care îi este atribuit Sfântului Eusebiu. 

A trecut la Domnul la vârsta de 88 de ani, după unele surse mucenicit de arieni, după altele în urma suferințelor avute în exil. Sfintele sale moaște se află în catedrala din Vercelli. 

Pentru rugăciunile Sfântului Sfințit Mucenic Eusebiu, Doamne Iisuse Hristoase, Fiul lui Dumnezeu, miluiește‑ne pe noi!