Ngày 20 tháng 6 năm 1990, Lê Phong Thuận kế vị trở thành Giám mục chính tòa Giáo phận Cần Thơ sau cái chết của giám mục Nguyễn Ngọc Quang. Ngay trong năm này, Lê Phong Thuận quyết định tiếp tục đầu tư vào việc tái thiết Đại chủng viện Thánh Quý và hỗ trợ chi phí sinh hoạt cho các chủng sinh.[7]

Linh mục giám đốc Đại chủng viện Thánh Quý Gioan Baotixita Phạm Minh Mẫn được bổ nhiệm làm giám mục phó Giáo phận Mỹ Tho năm 1993. Ngày 11 tháng 8 cùng năm, ông chủ sự nghi thức tấn phong cho vị tân chức tại sân banh của Chủng viện. Hai năm sau đó, Lê Phong Thuận cho nới rộng hai bên cung thánh Nhà thờ chính tòa Cần Thơ, với mục đích làm lễ đài ngoài trời, thuận tiện cho các đại lễ đông giáo dân tham dự.[7]

Năm 1997, giám mục Thuận chọn nhà thờ Tắc Sậy, nơi có mộ phần linh mục Phanxicô Xaviê Trương Bửu Diệp làm "Trung tâm truyền giáo", vì nhận thấy địa điềm này có nhiều người không phân biệt tôn giáo đến xin ơn và tạ ơn. Ông cũng quyết định tái thiết, xây dựng mới 2 dãy nhà Tòa giám mục Cần Thơ vào năm 1999 với mục đích sử dụng vào các mục đích của Giáo phận năm 1999.[7]

Năm 2002, Tòa Thánh chọn linh mục Stêphanô Tri Bửu Thiên, giáo sư chủng viện Thánh Quý làm giám mục phó giáo phận Cần Thơ. Tháng 2 năm 2003, Lê Phong Thuận chủ sự nghi thức truyền chức cho tân giám mục. Năm 2006, ông cho khởi công xây dựng Nhà Hưu dưỡng Linh mục và khánh thành ngày vào tháng 12 năm 2007.[7]

Ngoài các công việc địa phận, Lê Phong Thuận cũng hỗ trợ 2 dòng tu nữ giáo phận trong những dịp cần thiết: Dòng CĐM Bình Thủy – Cần Thơ: tháng 1 năm 2000, cung hiến nguyện đường Hội Dòng. Tháng 2 năm 2002, làm phép và Tạ ơn hoàn thành Nhà chính; Dòng Mến Thánh giá Cần Thơ, Lê Phong Thuận hỗ trợ duyệt lại Luật Dòng về việc tuyên khấn, đồng ý cho cử hành nghi thức khấn trọn đời theo Giáo luật. Tháng 9 năm 2000, ông phê chuẩn Hiến chương Dòng Mến Thánh Giá. Tháng 12 năm 2003, cung hiến nhà nguyện cho dòng này.[7]

Ngày 8 tháng 8 năm 2010, giáo phận Cần Thơ tổ chức lễ mừng Thượng thọ bát tuần – mừng Kim khánh linh mục – mừng 35 năm giám mục của giám mục Emmanuel Lê Phong Thuận.[7]

Trong thời kỳ quản lý giáo phận Cần Thơ, Lê Phong Thuận cho Tổ chức thường huấn các linh mục theo từng nhóm nhỏ, quan tâm đến việc rao giảng giáo lý bằng cách thiết lập Ban Giáo lý và thành lập các lớp giáo lý phổ thông trong toàn Giáo phận; Huấn luyện các Giới sau khi các hội đoàn ngưng hoạt động trong thời bao cấp cũng như chú tâm đến việc truyền giáo cho người Khmer và người Hoa. Trong thời gian cai quản, Lê Phong Thuận rất ít rời khỏi giáo phận, cũng như không sử dụng điện thoại.[7] Ông cũng rất thích các cử hành Bí tích Rửa Tội cho các tín hữu mới gia nhập đạo Công giáo. Thời điểm ông qua đời có 30 giáo điểm trên khắp giáo phận, trong đó có 1 giáo điểm dành cho người Khmer.[8]

Vào lúc 9 giờ 10 phút ngày 17 tháng 10 năm 2010, giám mục Lê Phong Thuận qua đời tại Cần Thơ, Việt Nam.[2] Sáng ngày 21 tháng 10, lễ an táng cố giám mục được cử hành, với 21 hồng y, giám mục thuộc 3 giáo tỉnh và khoảng 350 linh mục. Tham dự lễ tang còn có khoảng hơn 5.000 giáo dân, tất cả đều mang khăn tang trắng. Đa phần giáo dân tham dự lễ qua truyền hình ngoài nhà thờ vì không đủ chỗ.[6] Thi hài ông được chôn cất phía trái cung thánh Nhà thờ chính tòa Cần Thơ.[7]