No ano 943, as tropas bizantinas cercam Edessa e, por instruções do governo de Constantinopla o comandante Bizantino propõe aos seus governantes pouparem a cidade, liberar os prisioneiros que fizerem, em troca do Mandylion. Depois de muitas negociações a relíquia é entregue e levada para Constantinopla, com grande revolta dos habitantes de Edessa que não queriam abrir mão dela.
Um escrito da época , ?De imagine edessena? se refere à imagem como ?uma secreção úmida, sem coloração ou pintura artificial e que não continha cores terrenas?. Muitas hipóteses eram feitas de como a imagem se formara, porém todas se prendiam apenas ao rosto, demonstrando que o pano em toda a sua extensão nunca fora aberto, e portanto, dando a impressão de que, somente o rosto estava ali gravado. Isto podemos confirmar pela influência do Mandylion nas artes locais, onde Cristo passa a aparecer quase sempre visto de frente.
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Durante muitos anos, não se consegue determinar onde ele se encontrava. Entretanto, no fim do século XIII, começam a aparecer rumores de que uma poderosa e secreta Ordem dos Cavaleiros Templários, formada especialmente por antigos combatentes das cruzadas, fazia reuniões secretas para venerar uma estranha imagem que representava a cabeça de um homem barbado. A se confirmar este fato, o Mandylion que teria desaparecido exatamente por ocasião da invasão dos cruzados, estava agora em mãos de uma organização secreta fundada por eles mesmos.
Diante destes rumores, o rei da França, Filipe, o Belo, determina a prisão dos Templários e buscas rigorosas em seus templos. Mas nada foi encontrado, exceto algumas ilustrações em parede, mostrando a mesma face misteriosa. Com as prisões, dois Mestres da Ordem, Jacques de Molay e Geoffrey de Charnay são condenados e queimados na fogueira e Paris , em março de 1314. Alguns anos mais tarde, um porta ? estandarte do exército francês funda a igreja colegiada de Lirey e, segundo se dizia, preparava uma exposição pública da mortalha que teria envolvido o corpo de Cristo. A Igreja é inaugurada, porém em setembro do mesmo ano Geoffrey de Charny é morto em combate contra os ingleses.
No ano seguinte, para suprir as despesas da Igreja de Lirey, a viúva de Geoffrey começa a fazer exibições do Sudário, com fins lucrativos. Nesta época, já não existe mais o ?Mandylion?, mas é o lençol, totalmente aberto, que é exposto à visitação pública. Surgem então muitas especulações a respeito da autenticidade ou não do Sudário apresentado, especialmente por pertencer a uma família bastante humilde. Por ordem do bispo Henrique de Poitiers as exposições são suspensas e o Sudário é guardado pela viúva. Em 1389 são recomeçadas as exposições, desta vez com a autorização do Papa Clemente VII.
Com a morte do filho de Geoffrey, o Sudário passa para a neta, Margaret de Charny, que continua fazendo exposições da relíquia. Em 1453, Margaret de Charny, já idosa e viúva, decide entregar o Sudário à família de Savóia, a quem passa a pertencer,definitivamente.
Em junho de 1502, ele é depositado na capela do castelo de Chambéry, onde trinta anos depois, irrompe um incêndio que destrói algumas partes do Sudário, sem, entretanto comprometer a sua figura central. Nesta capela, ele estava guardado em uma caixa de prata e durante o incêndio, parte da caixa derreteu-se e algumas gotas da prata derretida transfixou o lençol dobrado, deixando marcas bem características. Também algumas partes do pano foram chamuscadas e por estar ele dobrado, estas partes formaram defeitos simétricos. A água usada para apagar o incêndio também deixou marcas permanentes no Sudário, que até hoje são nitidamente visíveis.
Dois anos depois deste incêndio, as irmãs Clarissas do convento de Chambéry assumem o conserto do lençol e o fazem costurando alguns pedaços de pano em substituição às partes queimadas e, para dar uma melhor proteção ao Sudário, costuram também uma peça de linho cru em todo o seu verso à guisa de forro.