Після Констанція зацарював Юліан Відступник (361 – 363). Настав ще більш важкий час – почалося відкрите гоніння на християн. Святитель Євсевій, приховуючи свій сан, в одязі воїна пройшов через всю Сирію, Фінікію та Палестину, стверджуючи християн в православній вірі. Він поставляв у порожні церкви священиків і дияконів, висвячував єпископів, що відкидали аріанську єресь.
Після загибелі Юліана Відступника зацарював благочестивий цар Іовіан (363 – 364), в часі правління якого гоніння припинилося. Повернувся із заслання архієпископ Мелетій і за порадою святого Євсевія в 379 році скликав в Антіохії Помісний Собор. У ньому брало участь 27 єпископів і було підтверджено православне віровчення, прийняте на I Вселенському Соборі. Аріани, боячись твердих сповідників Православ’я – святителів Мелетія, Євсевія і Пелагія, які користувалися великою повагою імператора, поставили свої підписи під соборним визначенням.
Після смерті імператора Іовіана почалося правління аріанином Валентом (364 – 378). Православні знову стали піддаватися переслідуванням. Святий Мелетій був вигнаний до Вірменії, святий Пелагій – до Аравії, а святитель Євсевій засуджений на ув’язнення до Фракії. Отримавши царський указ, святий Євсевій вночі він поїхав з Самосат, щоб запобігти обуренню вшановуючого його народу. Дізнавшись про від’їзд єпископа, віруючі знайшли його і з плачем благали повернутися. Святитель відмовився виконати прохання пасомих, сказавши, що слід коритися існуючій влади. Святитель переконував пасомих твердо триматися Православ’я, благословив їх і вирушив до місця заслання. На Самосатську кафедру був посланий аріанин Евномій, проте народ не прийняв єретика. Православні не ходили до храму і уникали зустрічі з ним. Єретик-аріанин зрозумів, що не зможе привернути до себе самостійну паству.
Імператор Граціан, що вступив на престол (375 – 383) повернув із вигнання всіх постраждалих при аріанах православних архієреїв. Святитель Євсевій також повернувся до Самосати і продовжив праці церковного впорядкуваня. Разом зі святим Мелетієм вони поставляли на місце аріан православних архієреїв і священнослужителів. Близько 380 року він прибув до аріанського міста Доліхіни, щоб поставити в ньому православного єпископа Марина. Жінка-аріанка скинула з даху черепицю, яка пробила голову святителю.
Вмираючи, він за прикладом Спасителя пробачив їй провину і просив оточуючих не робити їй зла. Тіло святителя Євсевія було перенесено в Самосати і з плачем поховано його пасомими. На місце святителя був зведений його племінник, блаженний Антіох, і Самосатська Церква продовжувала твердо сповідати православну віру, міцно насаджену працями святого священномученика Євсевія.
