Ngày 23 tháng 3 năm 1994, Tòa Thánh loan báo Giáo hoàng bổ nhiệm linh mục Phaolô Lê Đắc Trọng giữ chức Giám mục hiệu tòa Igilgili, Giám mục phụ tá Tổng giáo phận Hà Nội.[4] Sau hai lần từ chối dưới thời Hồng y Trịnh Như Khuê đến lần thứ ba, do quan tâm đến nhu cầu cấp thiết của Tổng giáo phận, Lê Đắc Trọng mới quyết định nhận làm giám mục phụ tá khi đã 75 tuổi.[6] Lễ tấn phong cho Tân giám mục diễn ra sau đó vào ngày 15 tháng 8 cùng năm, với phần nghi thức truyền chức được cử hành bởi Chủ phong là Tổng Giám mục Phaolô Giuse Phạm Đình Tụng với hai vị phụ phong là Giám mục chính tòa Giáo phận Thanh Hóa Bartôlômêô Nguyễn Sơn Lâm và Giám mục chính tòa Giáo phận Nha Trang Phaolô Nguyễn Văn Hòa.[2] Ngày 21 tháng 1 năm 2006, Tòa Thánh chấp nhận cho giám mục Lê Đắc Trọng từ nhiệm vì lý do tuổi tác theo Giáo luật.[7] Ông quyết định nghỉ hưu tại Nam Định.

Sau hơn 3 năm hưu dưỡng, ngày 7 tháng 9 năm 2009, giám mục Lê Đắc Trọng qua đời lúc 2 giờ 00 sáng tại bệnh viện Việt Đức, Hà Nội.[4] Lễ an táng cố giám mục được cử hành bởi chủ tế là Tổng giám mục đô thành Hà Nội Giuse Ngô Quang Kiệt. Đồng tế có 16 giám mục, khoảng 300 linh mục và đông đảo giáo dân. Trước khi lễ an táng bắt đầu, điện văn từ Thánh Bộ Phúc âm hoá các dân tộc và từ Hội đồng Giám mục Việt Nam được đọc lên trang trọng.[8]

Tòa giám mục Hà Nội đã phát hành hồi kí của cố giám mục Lê Đắc Trọng nói về các sự kiện của Giáo hội Việt Nam trong thời kỳ quản lý bởi Nhà nước Cộng sản. Tổng giám mục Ngô Quang Kiệt đã viết lời tựa cho quyển sách này. Ba tập sách được lưu hành nội bộ với nhan đề Những câu chuyện về một thời.[9]