Biskup 8 kwietnia 2003 papież Jan Paweł II mianował go biskupem pomocniczym archidiecezji gnieźnieńskiej ze stolicą tytularną Mons in Numidia. Święcenia biskupie otrzymał 4 maja 2003 w katedrze gnieźnieńskiej. Udzielił mu ich arcybiskup metropolita gnieźnieński Henryk Muszyński, któremu asystowali arcybiskup metropolita poznański Stanisław Gądecki i biskup pomocniczy gnieźnieński Bogdan Wojtuś. Jako zawołanie biskupie przyjął słowa Dominum confiteri Iesum (Wyznawać Jezusa jako Pana). W maju 2003 został ustanowiony wikariuszem generalnym archidiecezji. W kurii metropolitalnej objął funkcje: przewodniczącego Wydziału Katechizacji i Szkół Katolickich, przewodniczącego Referatu ds. Zakonnych i przewodniczącego Referatu Duszpasterstwa Młodzieży. Został także dyrektorem Archidiecezjalnego Studium Pastoralnego dla Kapłanów i członkiem Rady Programowej Studium, a także przewodniczącym Rady Wydawniczej Prymasowskiego Wydawnictwa Gaudentinum, a po jej reorganizacji przewodniczącym Rady Ekonomicznej wydawnictwa.
17 maja 2014 papież Franciszek mianował go arcybiskupem metropolitą gnieźnieńskim i prymasem Polski. 7 czerwca 2014 kanonicznie objął archidiecezję i odbył ingres do katedry gnieźnieńskiej. Paliusz odebrał od papieża Franciszka 29 czerwca 2014 w Bazylice św.