Ngày 21 tháng 4 năm 1997, Tòa Thánh bổ nhiệm linh mục Nguyễn Tích Đức làm Giám mục phó Giáo phận Ban Mê Thuột.[5] Khi quyết định nhận bổ nhiệm làm giám mục, ông lo lắng và từng chia sẻ: "Cuộc đời của cha chỉ muốn dành hết tâm huyết của mình cho việc đào chủng sinh, cánh đồng truyền giáo của Giáo Phận còn bao la. Cương vị Giám mục thật nặng nề với cha. Tuy nhiên trong hoàn cảnh này cha phải chia sẻ gánh nặng với Đức cha chính".[4]

Lễ tấn phong cho giám mục Tân cử được cử hành sau đó vào ngày 17 tháng 6 cùng năm tại Ban Mê Thuột với phần nghi thức truyền chức chính yếu cử hành bởi chủ phong là giám mục chính tòa Ban Mê Thuột Giuse Trịnh Chính Trực và hai vị phụ phong gồm Giám mục Phaolô Nguyễn Văn Hòa, giám mục chính tòa Giáo phận Nha Trang và giám mục chính tòa Giáo phận Qui Nhơn Phaolô Huỳnh Đông Các.[5] Tân giám mục chọn cho mình khẩu hiệu: "Ðạt tới người mới".[2]

Ngày 29 tháng 12 năm 2000, giám mục chính tòa Trịnh Chính Trực được Tòa Thánh chấp thuận đơn xin hồi hưu ví lý do tuổi tác và được chấp thuận, với vai trò giám mục Phó, Nguyễn Tích Đức kế vị làm Giám mục Chính toà Giáo phận Ban Mê Thuột.[6] Huấn quyền qua lời truyền giảng của Nguyễn Tích Đức mang tính triết học hơn mang tính sự kiện của đời thường, nỗi trăn trở của ông là sự hiệp nhất trong giáo phận. Trong thời kỳ giám mục Đức quản nhiệm, ban Giáo lý của Giáo phận Ban Mê Thuột hệ thống hóa để đưa chương trình giáo lý của Giáo phận vào một tổ chức nhất quán. Nguyên giám mục Trịnh Chính Trực vẫn hỗ trợ bằng cách công tác mục vụ trong giáo phận.[4]

Giám mục Nguyễn Tích Đức mắc chứng bệnh nan y, có dấu hiệu hoại tử ngón chân vì di chứng của bệnh tiểu đường. Chính vì vậy, mỗi lần đến tham mục vụ tại các giáo xứ, các giáo dân thường dành các món kiêng như nước trái cây và trứng luộc cho ông. Sức khỏe ngày càng suy yếu, giám mục Nguyễn Tích Đức không thể điều hành giáo phận. Nhận thấy việc này gây tổn hại đến lợi ích giáo phận, ông viết đơn xin từ chức Giám mục.[4]

Ngày 17 tháng 5 năm 2006, Tòa Thánh chấp thuận đơn xin từ chức của giám mục Nguyễn Tích Đức vì lý do sức khỏe.[7][8] Giám mục Phaolô Nguyễn Văn Hòa được chọn làm Giám quản quản lý giáo phận Ban Mê Thuột từ ngày 29 tháng 5.[9]

Khoảng thời gian sau khi hồi hưu, di chứng bệnh xuất hiện ngày càng nhiều khiến giám mục Nguyễn Tích Đức đi lại khó khăn. Tuy vậy, nhiều người cho rằng vị tiền nhiệm Trịnh Chính Trực, vốn bị tai biến sẽ qua đời trước giám mục Đức.[4] Giám mục Giuse Nguyễn Tích Đức qua đời ngày 23 tháng 5 năm 2011 (nhằm ngày 21 tháng 4 năm Tân Mão).[5] Lễ an táng cố giám mục cử hành sau đó vào ngày 26 tháng 5, với sự tham gia chủ sự của 15 giám mục và hơn 200 linh mục. Ông được an táng tại Tòa giám mục Ban Mê Thuột.[10]