Den 7. august 1962 ble Augustinus Frotz utnevnt av pave Johannes XXIII til titulærbiskop av og hjelpebiskop i Köln. Den 7. oktober 1962 ble han bispeviet i Kølnerdomen av kardinal Joseph Frings; medkonsekratorer var kølnerhjelpebiskopene Joseph Ferche og Wilhelm Cleven.