El 31 de diciembre de 1960 fue nombrado obispo de Astorga, siendo consagrado el 5 de marzo de 1961 y permaneció en esta sede durante seis años. Fue un obispo muy activo y estuvo especialmente interesado en actividades que estrecharan la cooperación de sacerdotes y laicos, razón por la que estableció programas de reuniones de trabajo y de oración. Mejoró el seminario en dotación económica y estableció una intensa reforma de los programas de estudio, promoviendo el desarrollo espiritual y académico de los futuros sacerdotes. Fundó la emisora católica Radio Popular de Astorga y el Instituto Diocesano de Formación y Acción Pastoral, con el que se dio un gran impulso tanto a la construcción de nuevas iglesias, de hogares para familias de trabajadores y de una nueva sede para el Seminario menor. Como obispo de Astorga participó en las sesiones del Concilio Vaticano II.