Nguyễn Thanh Hoan được thụ phong linh mục ngày 29 tháng 4 năm 1965 tại Vương cung Thánh đường Đức Bà Sài Gòn. Sau khi chịu chức, vị linh mục trẻ tuổi được bổ nhiệm làm linh mục phó xứ Ðông Hà, Quảng Trị.[3] Với việc quan tâm đến từ thiện xã hội, linh mục trẻ tuổi còn được chọn kiêm nhiệm chức phụ trách Hội Thừa Sai Paris tại Ðông Hà.[8]

Một năm sau khi được truyền chức linh mục, Nguyễn Thanh Hoan được bổ nhiệm phụ trách Chương trình Văn hoá Xã hội của Tổng giáo phận Huế.[8] Hai năm sau đó, sau khi nhận được chuẩn thuận của tổng giám mục Philípphê Nguyễn Kim Điền, linh mục Hoan mở và đảm trách vai trò Hiệu trưởng một Cô nhi viện và trường Tư thục cấp III Ðắc Lộ (Alexandre de Rhodes) để giúp đỡ các trẻ em mồ côi nạn nhân chiến tranh vùng giới tuyến.[3][8]

Năm 1968, linh mục Phaolô Hoan tốt nghiệp chương trình Ðại học Văn khoa Huế với bằng Cử nhân Giáo khoa Triết học.[3] Trong cùng năm này, sau biến cố Tết Mậu Thân, linh mục Hoan mở nhà tình thương "Gia đình Bồ Câu Trắng", đón nhận các nạn nhân chiến tranh.[8] Năm 1972 với biến cố chiến tranh Mùa hè đỏ lửa Quảng Trị, ông di chuyển trường Ðắc Lộ và 202 em mồ côi từ Quảng Trị vào Bình Tuy (bây giờ thuộc huyện Hàm Tân, tỉnh Bình Thuận) lập làng thiếu nhi Bồ Câu Trắng.[3] Đi cùng chuyến di cư có 300.000 giáo dân và các thành viên "gia đình Bồ Câu Trắng".[8]

Năm 1978, chính quyền mới ở Việt Nam tiếp quản cơ sở trường học và làng thiếu nhi, linh mục Hoan được điều chuyển phụ trách Giáo xứ Bồ Câu Trắng (nay là giáo xứ Thánh Linh).[3]

Những năm cuối thập niên 80, khi về thăm quê nhà là giáo xứ Phi Lộc, giáo phận Vinh, linh mục Nguyễn Thanh Hoan bắt gặp nhiều gia đình nghèo sinh sống trên thuyền chài, vì vậy ông quyết định mời gọi họ di cư theo mình về xã Tân Hà, huyện Hàm Tân, tỉnh Bình Thuận trong hoàn cảnh rất khó khăn.[9] Từ năm 1994, linh mục Hoan liên tục tổ chức nhiều chương trình từ thiện bác ái xã hội, xoá đói giảm nghèo, đồng thời thực hiện việc truyền giáo đến những người nghèo khó ở nông thôn.[3] Đồng hành cùng linh mục Hoan là xe Honda Cub 81 cũ kỹ với hai bên đèn xi nhan lỏng lẻo gần rớt ra ngoài. Nhờ các hoạt động xã hội, người dân xã Tân Hà, huyện Hàm Tân, Bình Thuận hầu hết đều biết đến linh mục Hoan. Những hoạt động hỗ trợ người dân không phân biệt tôn giáo gồm khoan giếng nước sạch, cơi nới đường làng, xây dựng nhiều nhà tình thương và hỗ trợ điện lưới kéo vào thôn bản, các chương trình hỗ trợ phát triển nông nghiệp như "heo, bò tín dụng", xây đập lấy nước tưới tiêu đồng ruộng, các phòng khám Đông y miễn phí. Nhiều người dân tại đây sau đó đã cải sang đạo Công giáo.[9] Công trình xã hội đáng ghi nhận là linh mục Hoan cho xây dựng đập nước lớn phục vụ nhu cầu tưới tiêu hơn 100 hecta đất nông nghiệp thuộc 300 gia đình. Kinh phí do Cộng đoàn Từ thiện từ Đức hỗ trợ.[8]

Từ năm 1999 đến năm 2001, linh mục Nguyễn Thanh Hoan đảm trách vai trò Linh mục Quản hạt Hàm Tân.[10]