Den 17. mars 2006 utnevnte pave Benedikt XVI ham til titulærbiskop av og hjelpebiskop i Köln. Den 7. mai 2006 mottok Heiner Koch bispeordinasjonen av erkebiskopen av Köln, kardinal Joachim Meisner, i Kölnerdomen; medkonsekratorer var hjelpebiskopene i Köln, Manfred Melzer og Rainer Maria Woelki. Som hjelpebiskop var Heiner Koch biskoppelig vikar for erkebispedømmet Kölns sørlige pastoraldistrikt med over 600 000 katolikker, med blant annet byen Bonn Han var også biskoppelig vikar for fremmedspråklige katolikker i erkebispedømmet Köln og representant for den tyske bispekonferanse for tysktalende sjelesorg i utlandet og siden 25. april 2012 styreleder i Caritas i erkebispedømmet i Köln.