Am 10. November 2000 ernannte ihn Papst Johannes Paul II. zum Titularbischof von "Bladia" und bestellte ihn zum Weihbischof in Braga. Der Bischof von Vila Real, Joaquim Gonçalves, spendete ihm am 11. Februar 2001 die Bischofsweihe; Mitkonsekratoren waren der Erzbischof von Braga, Jorge Ferreira da Costa Ortiga, und der Bischof von Setúbal, Gilberto Délio Gonçalves Canavarro dos Reis. Am 22. April 2004 bestellte ihn Papst Johannes Paul II. zum Bischof von Viseu. Papst Benedikt XVI. ernannte ihn am 22. April 2006 zum Bischof von Leiria-Fátima. Als solcher empfing er am 13. Mai 2010 Benedikt XVI. im internationalen Wallfahrtsort Fatima und ebenda am 13. Mai 2017 Papst Franziskus anlässlich der 100-Jahr-Feier der ersten Erscheinung der Muttergottes im Jahr 1917. Zwischen 2011 und 2014 war Marto für die Portugiesische Bischofskonferenz Mitglied der Kommission der Bischofskonferenzen der Europäischen Gemeinschaft (COMECE). Er gehörte zudem dem Ständigen Rat der Portugiesischen Bischofskonferenz an.