Den 20. desember 2001 utnevnte pave Johannes Paul II til etterfølger av Hermann Josef Spital til 102. biskop av Trier.. Marx ble i 1999 formann for Deutsche Kommission Justitia et Pax («Rettferdighet og fred»), og dette oppdraget ble han fileget i for nok en femårsperiode i 2004. Den tyske katolske bispekonferanse valgte ham høsten 2004 til leder for sin kommisjon for samfunnsmessige og sosiale anliggender.