Karl Lehmann ble utnevnt til biskop av Mainz 21. juni 1983, og ble konsekrert den 2. oktober samme år av sin forgjenger kardinal Hermann Volk i domkirken i Mainz. Medkonsekrerende var erkebiskop Oskar Saier av Freiburg im Breisgau og hjelpebiskop i Mainz Wolfgang Rolly.