Dahl ble innsatt som biskop 9. februar 2003 i Tønsberg Domkirke. I desember 2005 ble hun midlertidig valgt som biskopenes i Finn Wagles sykdomsfravær. Dahl var en av to biskoper som ga til kjenne at hun hadde skiftet syn på homofile partneres mulighet til å ha vigslet tjeneste i Den norske kirke, da kirkens lærenemnd la fram sin uttalelse om dette i januar 2006.