Den 28. november 1956 ble Brunini utnevnt til hjelpebiskop av det som da var bispedømmet Natchez-Jackson, og til titulærbiskop av av pave Pius XII. Han ble bispeviet den 29. januar 1957 av biskop Richard Gerow; medjonsekrerende var biskopene Charles Greco og John Morkovsky. I tillegg til sine biskoppelige oppgaver fortsatte han å tjene som generalvikar og sogneprest ved St. Peter's-katedralen.