Den 18. mai 2002 ble han utnevnt til apostolisk nuntius til Sudan og til apostolisk delegat i Somalia, og til titulærerkebiskop av . Han ble bispeviet av kardinalstatssekretær Angelo Sodano den 3. juli samme år; medkonsekratorer var sekretæren for Kongregasjonen for folkenes evangelisering, erkebiskop Robert Sarah, og biskopen av Ajaccio, André Lacrampe, .d.P. Den 19. februar 2004 ble erkebiskop Dominique Mamberti dessuten apostolisk nuntius til Eritrea, men ble samtidig løst fra tilsynet med kirken i Somalia.