Ngày 17 tháng 12 năm 1970, ông được thụ phong linh mục,[7] bởi Giám mục Simon Hòa Nguyễn Văn Hiền. Về lý do kêu gọi Phó tế Bùi Văn Đọc về Việt Nam cử hành nghi thức truyền chức linh mục, được giám mục Hiền nêu với linh mục Phêrô Nguyễn Văn Nhơn là:[23] "Thôi, bà cố của thầy Đọc đã già rồi, không thể đi Rome dự lễ nên tôi gọi thầy về chịu chức để bà cố và gia đình có thể tận mắt tham dự thánh lễ truyền chức". Vì được học tập trong bầu khí đổi mới của Công đồng Vatican II, nên khi trở về nước, linh mục Đọc thực hiện nhiều hình thức canh tân, đổi mới theo hướng Công đồng, nhiều linh mục nhận định ông cấp tiến.[23]

Sau khi thụ phong linh mục, ông lần lượt được bổ nhiệm làm giáo sư Tiểu chủng viện Simon Hòa (1970 – 1972),[16] Đại chủng viện Minh Hòa và Viện Đại học Đà Lạt. Năm 1975, ông được bổ nhiệm làm Giám đốc Đại chủng viện Minh Hòa và giữ chức vụ này đến năm 1995. Ngoài ra, ông còn đảm nhiệm vai trò giáo sư Thần học Tín lý tại Đại chủng viện Thánh Giuse Sài Gòn (1986 – 2008), Đại chủng viện Huế (1994 – 1996) và Đại chủng viện Thánh Giuse Hà Nội (1991–1995).[7] Từ năm 1995, ông kiêm thêm nhiệm vụ Tổng đại diện Giáo phận Đà Lạt.[8] Trong vai trò này, ông trở thành người trợ giúp đắc lực cho các đời giám mục Đà Lạt: Bartôlômêô Nguyễn Sơn Lâm và Phêrô Nguyễn Văn Nhơn với các công việc chăm sóc giáo phận, đặc biệt cho linh mục đoàn giáo phận.[24]

Trong thời gian làm linh mục, ông cũng thường đảm nhiệm vai trò thường huấn cho linh mục đoàn giáo phận Đà Lạt. Các linh mục đánh giá cao sự thông minh, hiểu biết của linh mục Bùi Văn Đọc về các chủ đề thần học, tín lý và Kinh Thánh, đặc biệt về Chúa Ba Ngôi.[24]

Năm 1998, ông tham dự Thượng hội đồng Giám mục Á Châu với tư cách chuyên viên của các giám mục Việt Nam.[8]