1901 erhielt er die Ernennung zum Bischof von Verdun, wurde aber von diesem Amt auf eigenen Wunsch freigestellt. Die Bischofsweihe spendete ihm am 2. Juli 1901 Marie-Prosper-Adolphe de Bonfils, der Bischof von Le Mans; Mitkonsekratoren waren Bischof Étienne-Marie Potron und Charles Joseph Gilbert, ehemaliger Bischof von Le Mans. Am 3. November 1909 ernannte ihn Papst Pius X. zum Erzbischof von Bourges, im März 1916 übertrug ihm Papst Benedikt XV. die Leitung des Erzbistums Rouen und nahm ihn am 4. Dezember desselben Jahres als Kardinalpriester mit der Titelkirche "Santa Maria in Aquiro" in das Kardinalskollegium auf. Am 13. September 1920 beauftragte ihn der Papst mit der Leitung des Erzbistums Paris. Kardinal Dubois nahm am Konklave des Jahres 1922 teil. 1926 vertrat er den Papst als päpstlicher Legat beim Nationalen Marianischen Kongress in Chartres.