Prezbiter thumb|Młody Roncalli 8 grudnia 1903 r. otrzymał święcenia diakonatu. 8 czerwca 1904 r., po ukończeniu czwartego roku teologii, złożył wniosek o święcenia prezbiteriatu, które otrzymał 10 sierpnia w kościele Santa Maria in Monte Santo na Piazza del Popolo. Trzy tygodnie przed święceniami uzyskał doktorat z teologii.
Pod koniec 1904 r. młody ksiądz zapisał się na wydział prawa kanonicznego, jednakże już w kwietniu 1905 r. przerwał studia, gdyż 9 kwietnia otrzymał funkcję sekretarza nowego biskupa Bergamo Giacomo Radiniego-Tedeschi. Pełnił ją przez 10 lat, aż do śmierci Radiniego w sierpniu 1914 r. Oprócz obowiązków sekretarza Roncalli wykładał również w seminarium duchownym historię Kościoła oraz apologetykę. Był diecezjalnym kapelanem Akcji Katolickiej kobiet, wiele czasu spędzał w bibliotekach i archiwach. W 1905 r. rozpoczął pracę nad wydawnictwem źródłowym „Akta wizytacji apostolskiej diecezji Bergamo przez św. Karola Boromeusza”. Pracę tę ukończył dopiero w 1957 r., już jako kardynał.
W 1908 r. opublikował swoją pierwszą książkę – „Kardynał Cezary Baroniusz. Z okazji trzechsetlecia śmierci”, zaś w 1912 r.