Episkopat 17 lipca 1883 papież Leon XIII mianował go koadiutorem arcybiskupa San Francisco oraz arcybiskupem tytularnym cabasyjskim. 16 września 1883 w kościele św. Jakuba w Chicago przyjął sakrę biskupią z rąk arcybiskupa Chicago Patricka Augustine Feehana. Współkonsekratorami byli biskup Louisville oraz biskup Vincennes Francis Silas Marean Chatard.
21 grudnia 1884, po przejściu na emeryturę abpa Josepha Sadoca Alemany y Conilla OP, został arcybiskupem San Francisco.
Jako arcybiskup zbudował nową katedrę Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny w San Francisco, oddaną w 1891. W 1898 doprowadził do otwarcia pierwszego seminarium w archidiecezji - Seminarium Świętego Patryka w Menlo Park, przez kolejne ćwierć wieku będące jedynym większym seminarium w zachodniej części Stanów. Dbał również o powstawanie nowych szkół.
Popierał tworzenie parafii i kościołów narodowych, w których emigranci mogliby usłyszeć własny język. Sam znał sześć języków. Ściągnął do swojej archidiecezji szereg zgromadzeń zakonnych. W latach 90 XIX w. Kościół w San Francisco odczuł ataki - protestanckiego stowarzyszenia o profilu antykatolickim.