For å omvende befolkningen til kristendommen misjonerte han på en rekke reiser i vestre og sentrale Frankrike. Disse reisene gjorde ham svært populær og i 371 ble han biskop av Tours. Martin ønsket ikke å bli valgt, men måtte gi seg til slutt og ble Tours tredje biskop 4. juli 372, 56 år gammel. Han fortsatte imidlertid sitt enkle, asketiske liv, men måtte tilslutt flytte ut av byen for å få mer fred, og hans nye tilholdssted utviklet seg til klosteret som er kjent under sitt latinske navn («Det store klostret») som senere ble på fransk. Etter hvert bodde det opptil 80 munker her, og klosteret ble et viktig kulturelt sentrum og et utgangspunkt for misjonsvirksomheten i Gallia.