Ngày 16 tháng 7 năm 2003, Giáo hoàng Gioan Phaolô II chấp nhận đơn từ nhiệm vì lý do tuổi tác của giám mục Kon Tum Phêrô Trần Thanh Chung, đồng thời loan tin bổ nhiệm linh mục Micae Hoàng Đức Oanh làm Giám mục chính tòa giáo phận Kon Tum.[5] Lễ tấn phong cho vị giám mục Tân cử sau đó được cử hành vào ngày 28 tháng 8 cùng năm tại tiền đình Nhà thờ chính tòa Kon Tum,[7] với phần nghi thức truyền chức cử hành bởi Chủ phong là giám mục Phêrô Trần Thanh Chung và 2 vị phụ phong: Phaolô Nguyễn Văn Hòa, giám mục chính tòa Giáo phận Nha Trang và Phêrô Nguyễn Soạn, giám mục chính tòa Giáo phận Qui Nhơn.[8] Giáo phận được trao cho vị Hoàng Đức Oanh gồm có 32 linh mục và 176 tu sĩ, 193.206 giáo dân Công giáo.[9]

Hoàng Đức Oanh tham gia phái đoàn Việt Nam tham gia Đại hội Giới Trẻ lần thứ 28 – 2013 cùng các giám mục Giuse Vũ Văn Thiên, Phaolô Nguyễn Thái Hợp dẫn đầu đoàn 24 người khác gồm 14 linh mục và 10 giáo dân.[10]

Ngày 7 tháng 10 năm 2015, Giáo hoàng Phanxicô đã chấp thuận đơn từ nhiệm giám mục giáo phận Kontum của ông, theo điều 401, §1 của Bộ Giáo luật và bổ nhiệm linh mục Aloisiô Nguyễn Hùng Vị làm Tân giám mục giáo phận này.[11] R[12] Sau khi hồi hưu, cuối tháng 11 cùng năm, Hoàng Đức Oanh trả lời phỏng vấn từ Ban truyền thông Giáo phận Kon Tum. Chia sẻ về việc thực hiện mục vụ và truyền giáo, nguyên giám mục Kon Tum cho biết ông đặt vấn đề đào tạo nhân sự, giới trẻ để họ có mong muốn theo con đường tu trì; thứ hai là góp phần nâng cao chất lượng sống cho người dân và vấn đề thừ ba là xây dựng các cơ sở tôn giáo. Nói về vấn đề giáo phận cần quan tâm sau nhiệm kỳ giám mục của mình, Hoàng Đức Oanh cho rằng đó là vấn đề truyền giáo. Ngoài ra, ông cũng bày tỏ nỗi lo lắng của mình với vấn đề giáo dục cũng như chính trị.[13]

Nhân các sự kiện trình dự luật về đặc khu và an ninh mạng vào năm 2018, giám mục Hoàng Đức Oanh đã viết thư ngỏ gửi ông Trần Đại Quang, nêu lên ý kiến của mình.[14]