Den 31. mars 1988 utnevnte pave Johannes Paul II Franz Grave til titulærbiskop av Tingaria og hjelpebiskop i Essen. Han ble bispeviet den 3. mai samme år i Essen-katedralen av biskopen i Essen, Franz Hengsbach, som ble kreert til kardinal kort tid etter; medkonsekratorer var Essen-hjelpebiskopene Julius Angerhausen og Wolfgang Große.