Podczas jego nieobecności (i na czas tej nieobecności) w listopadzie 1840 wikariuszem apostolskim w Sydney ustanowiony został Francis Murphy, mianowany w 1844 pierwszym biskupem Adelaide.
Głównym rezultatem podróży Poldinga do Watykanu było podniesienie 5 kwietnia 1842 wikariatu do rangi diecezji, która już po niespełna trzech tygodniach – 22 kwietnia 1842 – stała się archidiecezją. Tym samym Polding stał się pierwszym arcybiskupem Sydney. Sprawował ten urząd jeszcze przez 35 lat, do swojej śmierci w wieku 82 lat. Mimo wielu sukcesów jako założyciel diecezji Polding doświadczał wielu problemów duszpasterskich ze strony irlandzkiego Kościoła katolickiego w Australii.
W 1846 wyjechał ponownie do Europy z nadzieją ustanowienia dla siebie biskupa koadiutora oraz sprowadzenia do Australii sióstr benedyktynek. Udało mu się pozyskać grupę benedyktynek z konwentu w Stanbrook. W Rzymie uzyskał aprobatę ustanowienia oddzielnej diecezji w Melbourne oraz zgodę na biskupa koadiutora. 24 września 1847 benedyktyn Charles Henry Davis mianowany został biskupem Maitland, z ograniczeniem jego obowiązków do pomocy arcybiskupowi.