1927 ernannte ihn Papst Pius XI. zum Bischof von Tarazona. Die Bischofsweihe empfing Isidro Gomá Tomás durch den Erzbischof von Tarragona, Francisco de Asís Kardinal Vidal y Barraquer, Mitkonsekratoren waren Valentín Comellas y Santamaría, Apostolischer Administrator von Solsona, und Manuel Irurita y Almandoz, Bischof von Lérida. Von Dezember 1927 bis Juni 1933 verwaltete Isidro Gomá y Tomás gleichzeitig als Apostolischer Administrator das Bistum Tudela. Am 12. April 1933 ernannte ihn Papst Pius XI. zum Erzbischof von Toledo und nahm ihn am 16. Dezember 1935 als Kardinalpriester mit der Titelkirche "San Pietro in Montorio" in das Kardinalskollegium auf. Während des Spanischen Bürgerkrieges unterstützte Isidro Gomá y Tomás mit Nachdruck die Nationalbewegung. Er nahm am Konklave des Jahres 1939 teil.