Intanto il popolo di Alessandria non poteva più tollerare l'assenza del suo Santo Prelato. Mandò procuratori presso l'imperatore Valentiniano per fare le sue lodi di Atanagio e dimostrarono il bisogno in cui era quella Diocesi della persona di lui. Accolti questi con molta amorevolezza dal savio Principe, e smascherate le calunnie che a carico del Santo erano corse per lo spirito di parte di Valente, ottennero l'ordine della sua reintegrazione. Immagini ognuno con quale animo ritornarono costoro in Alessandria, e come festosi si diedero a ricercare il Santo Patriarca. Lo rinvennero finalmente nel cimitero dove si era rinchiuso, debole e macilento dalla vita austera che ivi traeva, ed appena caricato fuori ai raggi del sole ebbero a ristorarlo con medicine, poiché fu un'istante oppresso dall'aria aperta della campagna. Ritornato in se il venerando vecchio si fece trasportare alla sua Chiesa, fra indicibili dimostrazioni di gioia da parte dei suoi diocesani, ed a piedi dell'altare cantò l'inno di pace.

Quantunque i lunghi patimenti sofferti avessero alterata di molto la sua salute, egli col suo zelo e con la sua attenzione mantenne la Fede nella sua purezza, e la disciplina dei costumi in tutto il suo vigore. Però carico di anni e più ancora estenuato dalla penitenza e dai disagi della più terribile persecuzione egli infermò gravemente. Allorché i medici accorsero ad usare i rimedi dell'arte per tentare di sanarlo, egli con volto ridente li ringraziò della sollecitudine, che mostravano per la sua guarigione: ma esservi mestieri, disse, altra medicina dell'umana per la malattia da cui era aggravato. Fece quindi radunare nella sua stanza tutti i Chierici della sua Chiesa, che potettero entrare, e dopo aver loro fatto un bellissimo sermone sulle traversie che aveva sofferto per la vera Fede, e sul genere di vita che avessero a menare, li congediò ringraziandoli dell'affetto che gli avevano sempre dimostrato. Volle finalmente ricevere le ultime sacramentali consolazioni, ed il giorno due Maggio dell'anno 373 il puro spirito di lui andò a ricevere quella palma, che il suo Divin Creatore nella sede celeste gli aveva apparecchiata. 