Biskupem został w wyniku niedopatrzenia władz PRL, które – mając możliwość zawetowania nieakceptowanego nominata – nie złożyły sprzeciwu w wyznaczonym terminie. 3 grudnia 1965 papież Paweł VI mianował go biskupem diecezjalnym diecezji przemyskiej. Diecezję objął kanonicznie 21 grudnia 1965. 6 lutego 1966 otrzymał święcenia biskupie i odbył ingres do bazyliki katedralnej Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny i św. Jana Chrzciciela w Przemyślu. Głównym konsekratorem był kardynał Stefan Wyszyński, prymas Polski, zaś współkonsekratorami biskupi pomocnicy przemyscy: Wojciech Tomaka i Stanisław Jakiel. Na zawołanie biskupie wybrał słowa Deus Caritas (Bóg jest Miłością).
Jako biskup diecezjalny polecił wybudować nowy gmach seminarium. Wprowadził reformę studiów teologicznych. Przyczynił się do reaktywowania w 1975 kapituł kolegiackich w Jarosławiu i Brzozowie. Pomimo braku zezwoleń władz komunistycznych na budowy kościołów i nakładania kar na budowlańców za jego rządów w diecezji przemyskiej wzniesiono 430 świątyń. Ustanowił 220 nowych parafii, znacząco powiększył liczbę dekanatów, w 1978 podzielił diecezję na 10 archiprezbiteratów. Wspierał opozycję demokratyczną z Komitetu Obrony Robotników, Ruchu Obrony Praw Człowieka i Obywatela, Komitetu Samoobrony Chłopskiej Ziemi Lubelskiej i NSZZ „Solidarność”.