Am 28. April 1561 wurde er zum Domkapitel zugelassen und beteiligte sich an der Arbeit im Kapitel. Bischof Marquard von Hattstein stattete ihn 1561 mit der reichen Pfründe des Domsängers aus. Außerdem war Eberhard von Dienheim Domscholaster in Worms und Propst am Nebenstift St. German in Speyer. Das Domkapitel wählte ihn am 20. November 1581 als Nachfolger des verstorbenen Bischofs Marquard von Hattstein und rühmte in einem Schreiben an den Kaiser seine Tapferkeit, seinen ehrbaren Wandel, seine guten Sitten, seine Vernunft und Geschicklichkeit. Verzögert durch den Ausbruch einer Seuche und den Kölnischen Krieg wurde Eberhard von Dienheim erst am 1. Januar 1584 zum Bischof von Speyer in der Schloßkirche zu Udenheim vom Mainzer Weihbischof Stephan Weber geweiht.