10 listopada 1884 Leon XIII mianował księdza Giuseppe Sarto biskupem Mantui. Nominat przyjął sakrę sześć dni później. Najwięcej uwagi jako biskup zwracał na formację kapłanów w seminarium. 12 czerwca 1893 został kreowany kardynałem prezbiterem i otrzymał kościół tytularny San Bernardo alle Terme, a trzy dni później papież mianował go Patriarchą Wenecji. Jako pierwszy wprowadził do seminariów studia biblijne, historię Kościoła i ekonomię społeczną.
Wybór na papieża
Po śmierci Leona XIII w lipcu 1903, najpoważniejszym kandydatem na papieża był dotychczasowy sekretarz stanu Mariano Rampolla, mający poparcie kardynałów włoskich, hiszpańskich i francuskich. Wówczas to biskup krakowski, kardynał Jan Duklan Puzyna, złożył ekskluzywę w imieniu cesarza austriackiego Franciszka Józefa. Większość elektorów ostro zaprotestowała przeciwko interwencji władców świeckich i kontynuowała obrady, nie wykluczając kandydatury Rampolli. Wkrótce jednak okazało się, że konieczna jest elekcja kogoś znacznie różniącego się od Leona XIII i w siódmym głosowaniu – 4 sierpnia 1903 – wybrany został Giuseppe Sarto, który przyjął imię Pius X.