Fu anzitutto uomo di Dio e di preghiera. Egli stesso fra i suoi propositi di sacerdote appena consacrato mise: «Pregare Iddio moltissimo onde insegni la scienza delle sue strade per adempiere alla sua volontà». Amava stare tra la gente ed elargì numerose elemosine, promosse iniziative benefiche, come la fondazione di asili, di ricoveri per anziani, poveri e indigenti. Uomo di pietà, che elesse patrono della Chiesa universale, l'8 dicembre 1867, san Giuseppe, visto come il capo della rinnovata Sacra Famiglia formata da tutti i figli e tutte le figlie della Chiesa. Fu anche un Papa che si prodigò moltissimo per la riforma del clero con una capillare azione pastorale. Con l'aiuto dei vescovi diocesani, fece molto e con successo per ristabilire la gerarchia cattolica e seppe suscitare una nascita senza precedenti di società e associazioni sacerdotali per aiutare e sostenere la vita spirituale e lo zelo pastorale.

Sentì anche l'urgenza di rinnovare la vita religiosa, con la ripresa degli Ordini e delle Congregazioni religiose, che con lui conoscono uno sviluppo senza precedenti. Fondò numerosi istituti maschili e femminili dedicati soprattutto all'apostolato presso i poveri, all'insegnamento e le missioni. Dai Salesiani di don Bosco ai Missionari di Scheut del padre Verbist, dai padri Bianchi alle suore Bianche del cardinale Lavigerie, dai padri di Mill Hill del cardinale Vaughan ai comboniani di Verona. Pio IX affermò: «Nelle Corporazioni Religiose la Chiesa trova aiuto, appoggio e sostegno in ogni maniera. In esse la Chiesa trova missionari da spingere nei più lontani e selvaggi punti del globo, predicatori per annunziare la divina parola, amministratori dei sacramenti».Incoraggiò una fecondissima stagione missionaria con un'azione evangelizzatrice della Chiesa veramente senza precedenti. Missionari si recarono in ogni parte del mondo dall'America all'Asia, dall'Africa all'Australia. Dal 1846al 1878 furono erette 206 nuove diocesi e vicariati apostolici.Incoraggiò il ritorno degli scismatici alla Chiesa, erigendo nel 1862 una Congregazione per i cattolici orientali e lanciando i suoi appelli alle Chiese di oriente[28] e di occidente separate da Roma.Svolse un ruolo fondamentale nella storia della Chiesa e della teologia: la promulgazione del dogma dell'Immacolata Concezione e il Concilio Vaticano I sono eventi di enorme portata per la storia della Chiesa.

La costituzione Pastor Aeternus e il dogma dell'infallibilità pontificia sono considerati, dalla Chiesa, l'architrave della moderna costruzione ecclesiologica.Il suo atteggiamento verso le conquiste della tecnica fu benevolo, tanto che nel 1865 papa Pio IX approvò formule di benedizione per il telegrafo e le ferrovie.