В период ссылки (356–359) Иларий написал свое главное богословское сочинение, трактат О Троице (De Trinitate), посвященный доказательству божественности Сына. Интересно, что в другом важном сочинении, О соборах (De synodis), Иларий рассказывает о том, что лишь перед самой ссылкой он впервые познакомился с Никейским символом веры. В трактате О Троице высказана мысль о том, что различие между правоверным и еретическим вероучением иногда может оказаться разным пониманием терминов, а не действительным разномыслием. О либеральности его взглядов свидетельствует тот успех, которого Иларий достиг в установлении контактов с различными религиозными партиями на Востоке. В то же время Иларий осудил как «святотатство» декларацию крайних ариан, принявших т.н. 2-ю Сирмийскую формулу (357), согласно которой Сын «не подобен» Отцу. На Селевкийском соборе (359) он приветствовал победу умеренной партии во главе с епископом Василием Анкирским и одобрил принятие Антиохийского символа веры, который мог стать гарантом правоверия Восточной церкви. В начале 360 Иларий обратился к императору с просьбой разрешить ему встретиться в публичном диспуте с Сатурнином и принять участие в новом Константинопольском соборе (К Констанцию Августу, книга вторая), однако на обе просьбы получил отказ, после чего выступил с открытым обличением Констанция (Против Констанция Августа). Тем не менее в 361 Иларию было дозволено возвратиться в Галлию, где он возобновил свою борьбу с Сатурнином, в результате чего последний был вновь осужден на Парижском соборе (361). С этого момента арианство утратило свои позиции в Галлии, и Иларий попытался убедить императора Юлиана отправить в ссылку арианина Авксентия, епископа Медиоланского, однако, терпимо относившийся к арианам языческий император отказался это сделать. Иларий скончался, вероятно, 13 января 367. Папа Пий IX провозгласил его учителем церкви 13 мая 1851.