Деятельность Константина и Елены (они позднее были канонизированы) в Святой Земле легла в основу традиции почитания святых мест Палестины, связанных с именем Христа и первых апостолов.
Согласно Сократу Схоластику императрица Елена разделила Животворящий Крест на две части: одну поместила в серебряный футляр и оставила в Иерусалиме, а вторую отправила своему сыну Константину, который поместил ее в свою статую, установленную на колонне в центре Константиновой площади. Оставшаяся в Иерусалиме часть Креста находилась там длительное время и регулярно выставлялась для поклонения народу. В 614 году персидский царь Хосров II, захвативший Иерусалим, вывез Крест в свою столицу Ктесифон. Реликвия вернулась в Иерусалим лишь после победы императора Ираклия над персами в 628 году.
Практика отделения от Креста частиц началась уже при императрице Елене. По дороге в Константинополь она оставляла частицы Креста в основанных ею монастырях. В последующие века отделение частиц и целых фрагментов продолжалось; уже в IV столетии этими реликвиями, по выражению современника, «была наполнена вся земля», частицы Креста имелись даже в церквях и монастырях Северной Африки. Около 455 года иерусалимский патриарх Ювеналий отправил в подарок папе римскому Льву I фрагмент «драгоценного Древа». Еще одну часть креста привез в Рим в VII столетии папа Сергий I, византиец по происхождению.
Основная часть Креста все это время продолжала храниться в храме Воскресения Господня в Иерусалиме. Она оставалась там до эпохи Крестовых походов, однако затем его следы теряются. В XIII столетии бесследно исчезает и константинопольская часть Креста, вывезенная в 1204 году крестоносцами из захваченной столицы Византии. Считается, что по крайней мере одна часть Креста была разделена на многие частицы разного размера. К концу эпохи Средневековья эти фрагменты хранились во многих церквях и монастырях, разбросанных по всей Европе. Известный деятель Реформации Жан Кальвин язвительно говорил по этому поводу, что из всех этих «частиц Креста» можно построить целый корабль. Однако в 1870 году французский ученый Шарь Ро де Флёри (1801–1875) в своей книге «Les instruments de la Passion» («Орудия Страстей», Paris, 1870), подсчитал, что общий вес всех сохранившихся к тому времени фрагментов Креста составляет всего около 1,7 килограмма. Он составил полный каталог всех известных реликвий Креста и показал, что в совокупности все эти фрагменты не достигли бы и одной трети высоты Креста Господня, который, как считается, имел три или четыре метра в высоту, с шириной поперечной перекладины 2 метра (ряд исследователей полагает, что в реальности пропорции Креста были несколько меньше). Первоначальный объем Креста, по подсчетам Ро де Флёри, составлял 178 кубических метров, в то время как общий объем всех известных реликвий Креста составляет около 4 кубических метров. Таким образом, 174 кубических метра Креста бесследно утрачено за прошедшие столетия.