Ngày 17 tháng 5 năm 1955, phó tế Giuse Phan Văn Hoa được thụ phong linh mục do Giám mục Paul Raymond Marie Marcel Piquet Lợi truyền chức tại Nhà thờ lớn Nha Trang.[3] Sau khi truyền chức linh mục, tân linh mục được giám mục địa phận bổ nhiệm vào vị trí linh mục phó giáo xứ Nha Trang. Sau khoảng thời gian ngắn ngủi là 6 tháng, từ tháng 12 năm 1955 đến tháng 5 năm 1956, linh mục Hoa đảm nhiệm vai trò linh mục phó giáo xứ Hoành Phước (huyện Tiên Phước, tỉnh Quảng Nam). Cũng chỉ sau khoảng thời gian 6 tháng tại Hoành Phước, linh Giuse Phạm Văn Hoa trở lại giữ chức vụ linh mục phó giáo xứ Nha Trang đến năm 1957. Sau khi làm phó xứ Nha Trang, ông được bổ nhiệm giữ chức linh mục chánh xứ giáo xứ Đồng Tre, Phú Yên.[3] Trong thời kỳ tại Đồng Tre, ông được nhận định và một trong ba linh mục quản nhiệm để lại dấu ấn sâm đậm nhất của giáo xứ này, cùng với linh mục Phaolô Nguyễn Thanh Bình và Phêrô Phan Anh Thụ. Linh mục Hoa được đánh giá chung là có nhiều sáng kiến và nỗ lực mục vụ đặc biệt với công việc truyền giáo, thiết lập các giáo điểm và xây dựng nhiều nhà nguyện tại vùng sâu vùng xa. Linh mục Hoa cũng được ghi nhận về việ mở ra phong trào truyền giáo đến với các dân tộc ít người.[5]

Tháng 3 năm 1967, linh mục quản lý Tòa Giám mục Qui Nhơn Giuse Nguyễn Sồ được giám mục Qui Nhơn Đa Minh Hoàng Văn Đoàn bổ nhiệm làm linh mục chính xứ Qui Nhơn kiêm hạt trưởng Qui Nhơn, quản lý giáo phận và giám đốc Caritas giáo phận. Linh mục Giuse Phan Văn Hoa được bổ nhiệm làm linh mục Quản lý giáo phận, đồng thời kiêm nhiệm vai trò đặc trách Hội bác ái Vinh Sơn và Tuyên úy nhà tập Dòng Mến Thánh Giá tại Ghềnh Ráng.[3][6] Trong những năm đảm trách các nhiệm vụ trên, ông thường sử dụng một phương tiện tiên tiến và lịch lãm là chiếc Vespa Super để đi thực hiện công việc mục vụ trong giáo phận. Sau khi ông qua đời, chiếc xe được giám mục giáo phận Huỳnh Đông Các bàn giao cho nghĩa tử của giám mục Hoa là linh mục Gioakim Huỳnh Công Tân.[4]

Năm 1974, giám mục giáo phận chọn linh mục Giuse Phan Văn Hoa đảm nhiệm vai trò linh mục Tổng Đại diện Giáo phận Qui Nhơn.[4] Một năm sau đó, ông được bổ nhiệm làm linh mục chính xứ Nhà thờ chính tòa Qui Nhơn. Chức vụ này ông đảm nhận tiếp trong gần hết khoảng thời gian giám mục của mình, cho đến năm 1986.[6]