Fra 25. oktober 2001 var han apostolisk nuntius til Litauen, Latvia og Estland. Pave Johannes Paul II utnevnte ham til apostolisk administrator av Estland den 15. november 2001. Etter at pave Johannes Paul II. den 23. mars 2005 utnevnte Philippe Jean-Charles Jourdan til overhyrde med residens i Tallinn, kunne erkebiskop Peter Stephan Zurbriggen konsentrere seg om sine rent diplomatiske funksjoner i de baltiske stater.