Następca arcybiskupa Teodorowicza 4 grudnia 1938 zmarł arcybiskup Teodorowicz, a 10 grudnia 1938 Dionizy odprawił mszę śpiewaną, po której mszę pontyfikalną odprawił prymas Polski August Hlond. Następnie należało wybrać następcę na arcybiskupa archidiecezji lwowskiej obrządku ormiańskiego. Pełniący obowiązki wikariusza kapitulnego Dionizy zwołał zjazd wszystkich osiemnastu kapłanów ormiańskich z dziewięciu parafii. Zgodnie z tradycją archidiecezji ormiańskiej całe jej duchowieństwo wybierało trzech kandydatów na nowego ordynariusza. Spośród nich Papież mianował arcybiskupem jednego, zazwyczaj tego, który otrzymał największą liczbę głosów. Oprócz Dionizego wybrani zostali: ks. Walerian Bąkowski i ks. Kajetan Amirowicz. Największą liczbę, bo 11 z 18 głosów, zyskał infułat Dionizy Kajetanowicz. Informację tę wysłano do Rzymu w celu zatwierdzenia i mianowania jednego z nich na biskupa; decyzji jednak się nie doczekano, gdyż wybuchła wojna. Dionizy został więc administratorem archidiecezji, ale nie został konsekrowany.