Pave Johannes Paul II utnevnte ham den 8. september 1987 til hjelpebiskop i Milano og til titulærbiskop av Mazaca. Erkebiskopen av Milano, kardinal Carlo Maria Martini, bispeviet ham den 18. oktober samme år i domkirken; medkonsekratorer var biskopene Bernardo Citterio og Renato Corti, begge hjelpebiskoper i Milano. Fra 1991 til 2003 var Marco Ferrari biskoppelig vikar for sjelesorgssone II i erkebispedømmet, med sete i Varese. Dessuten var han fra 1995 til 2009 medlem av kommisjonen for katolsk utdannelse, kultur og skole i Den italienske bispekonferanse.