Dahl hadde frasagt seg nominasjon ved bispeutnevnelsene i Oslo og Borg i 2005, men var kandidat til Tunsberg bispedømme. Han ble den 12. mars 2014 valgt til å etterfølge Laila Riksaasen Dahl som biskop av Tunsberg. Han ble vigslet som biskop 21. september 2014 og gikk av i august 2018.