Ngày 16 tháng 7 năm 1975, linh mục Phaolô Maria Nguyễn Minh Nhật được chọn làm Giám mục Phó Giáo phận Xuân Lộc,[11] lễ tấn phong diễn ra ngay trong ngày tại Nhà nguyện Tòa giám mục Xuân Lộc,[12] tân giám mục chọn khẩu hiệu: "Phục vụ Chúa trong hân hoan".[8][13] Lễ tấn phong giám mục cho vị Tân chức do Giám mục chính tòa Giáo phận Xuân Lộc Đa Minh Nguyễn Văn Lãng chủ phong.[13] Ngoài giám mục chủ phong, còn có hai linh mục trợ phong và số ít thân nhân và linh mục, đại chủng sinh[12] tham dự, do hoàn cảnh phức tạp của thời thế. Nói về việc lãnh đạo giáo phận Xuân Lộc, Giám mục Nhật nhận định ông cho rằng đây là duyên số và là Thiên Chúa sắp xếp.[14] Sau ngày tấn phong Giám mục, Giám mục Nhật vẫn sinh sống tại Tu hội Tông Đồ Nhỏ cho đến tận ngày 26 tháng 10 năm 1984 mới về sống tại Tòa giám mục Xuân Lộc.[8]

Ngày 22 tháng 2 năm 1988, giám mục chính tòa Nguyễn Văn Lãng đột ngột qua đời, Giám mục Phó Phaolô Maria Nguyễn Minh Nhật đương nhiên kế vị chức Giám mục chính tòa Giáo phận Xuân Lộc.[7] Ông chủ sự nghi thức tấn phong tân giám mục phụ tá Xuân Lộc Tôma Nguyễn Văn Trâm vào ngày 7 tháng 5 năm 1992 tại khuôn viên Tiểu chủng viện.[12]

Ngày 12 tháng 7 năm 1988, ông đi đến quyết định trùng tu Trung tâm Hành hương Đức Mẹ Bãi Dâu. Vấn đề được nhắc lại một lần nữa vào giữa tháng 1 năm 1991 trong thư chung của Giám mục Nhật nhưng việc khởi công đình trệ đến ngày 1 tháng 1 năm 1992. Ông cử hành nghi thức khánh thành tượng đài mới ngày 31 tháng 12 năm 1994. Nhân lễ kính Thánh Giuse năm 1994, ông cùng giám mục phụ tá Tôma Nguyễn Văn Trâm, các linh mục cử hảnh lễ đặt viên đá tái thiết Đền Thánh Đức Mẹ Bãi Dâu.[12]

Năm 1989, các giám mục trong Hội đồng Giám mục Việt Nam quyết định chọn Giám mục Nguyễn Minh Nhật làm Chủ tịch Hội đồng Giám mục Việt Nam, và ông đã giữ chức vụ này đến năm 1995, tức hai nhiệm kỳ khóa IV và V của Hội đồng.[6][8] Ngoài ra, từ năm 1990 đến năm 1995, Giám mục Nhật còn là thành viên cố vấn Bộ Truyền giảng Phúc Âm cho các Dân tộc, thuộc Giáo triều Rôma.[6]

Trong thời gian quản lý giáo phận Xuân Lộc, ông quan tâm đến vấn đề đào tạo linh mục, khuyến khích phong trào học giáo lý Công giáo trong giáo phận cũng như đào tạo các Hội đồng Giáo xứ.[7] Ông cũng góp phần cải thiện đời sống tinh thần cho các giáo dân, tu sĩ, chủng sinh, linh mục và tiến hành cho xây dựng cơ sở vật chất của Giáo phận: Trung Tâm hành hương Đức Mẹ Bãi Dâu và trùng tu tượng đài Chúa Kitô Vua, núi Tao Phùng.[8]