Biskup 13 grudnia 1997 papież Jan Paweł II mianował go biskupem diecezjalnym diecezji tarnowskiej. Święcenia biskupie otrzymał 6 stycznia 1998 w Bazylice św. Piotra na Watykanie. Głównym konsekratorem był Jan Paweł II, zaś współkonsekratorami arcybiskup Giovanni Battista Re, substytut ds. Ogólnych Sekretariatu Stanu, i arcybiskup Jorge María Mejía, sekretarz Kongregacji ds. Biskupów. Ingres do Bazyliki Katedralnej Narodzenia Najświętszej Maryi Panny w Tarnowie odbył 25 stycznia 1998. Jako zawołanie biskupie przyjął słowa In Spiritu Sancto (W Duchu Świętym). W czasie pełnienia funkcji ordynariusza tarnowskiego przyczynił się do utworzenia, działającego w strukturach Uniwersytetu Papieskiego Jana Pawła II w Krakowie, samodzielnego Wydziału Teologicznego w Tarnowie. Jako biskup tarnowski sprawował urząd wicekanclerza tego wydziału. W Starym Sączu, na miejscu papieskiej wizyty z 1999, utworzył Diecezjalne Centrum Pielgrzymowania im. Jana Pawła II. Podjął decyzję o budowie w Tarnowie klauzurowego klasztoru sióstr karmelitanek. Dla katolików świeckich zaangażowanych w ruchach i stowarzyszeniach organizował spotkania w ramach Diecezjalnego Forum Ruchów i Stowarzyszeń, natomiast dla samorządowców w okresie adwentu dni skupienia, poświęcone problemom z zakresu katolickiej nauki społecznej.