Następnie powrócił od ojczyzny.
Episkopat 15 czerwca 1964 papież Paweł VI mianował go biskupem pomocniczym madryckim oraz biskupem tytularnym hortańskim. 19 lipca 1964 przyjął sakrę biskupią z rąk nuncjusza apostolskiego w Hiszpanii abpa Antonio Riberiego. Współkonsekratorami byli arcybiskup madrycki Casimiro Morcillo González oraz biskup pomocniczy Santiago de Compostela Miguel Nóvoa Fuente. Zajmował się apostolstwem uniwersyteckim.
Jako ojciec soborowy wziął udział w trzeciej i czwartej sesji soboru watykańskiego II.
19 października 1968 ten sam papież mianował go biskupem Ávili. 21 marca 1973 Paweł VI powierzył mu urząd sekretarza Kongregacji ds. Duchowieństwa oraz arcybiskupa tytularnego aemońskiego (novigradzkiego). Równocześnie pełnił funkcję sekretarza Komisji Kardynałów ds. Sanktuariów Papieskich w Pompejach, Loreto i Bari.
18 grudnia 1986 w związku z osiągnięciem wieku emerytalnego abp Romero de Lema przeszedł na emeryturę. Pod koniec życia związał się z Neokatechumenatem. Był kierownikiem duchowym neokatechumenalnego seminarium Redemptoris Mater w Rzymie.