17 декабря возведён в сан архимандрита. 30 декабря 1945 г. патриархом Алексием I в московском Богоявленском соборе хиротонисан во епископа Гродненского и Барановичского (с 1948 г. – епископ Гродненский и Лидский). Организовал в Гродно богословско-пастырские курсы, обращался к местному уполномоченному Совета по делам РПЦ за разрешением создать при кафедральном соборе братство. 18 ноября 1949 г. переведён на Семипалатинскую и Павлодарскую кафедру, 31 октября следующего года – на Чкаловскую и Бузулукскую, где «начал активно поднимать деятельность церкви и авторитет духовенства» (из отчёта уполномоченного Совета по делам РПЦ). Придавал большое значение повышению образовательного уровня духовенства, обязал всех клириков епархии учиться на организованных архиереем богословско-пастырских курсах; читал лекции сам, приглашал преподавателей из светских учебных заведений. Священники епархии должны были являться в домовую архиерейскую церковь для проверки уровня знаний и умения проповедовать. При Варсонофии во всех храмах епархии после богослужений читались проповеди. 16 ноября 1953 г. уволен на покой по собственному прошению. 29 июля 1954 г. Варсонофий был назначен епископом Калининским и Кашинским, управлял также Великолукской епархией (до 8 февраля 1956 г.). Активно поддерживал «всякое начинание, направленное на расширение и активизацию церковной деятельности» (Отчёт уполномоченного по Калининской области). Особо заботился о восстановлении храмов. Ко времени его вступления на кафедру в 22 церквах епархии несколько лет не совершалось богослужение, к январю 1956 г. богослужение возобновилось во всех храмах. Варсонофий распорядился совершать во всех храмах епархии ежедневные службы, за которыми должны были читаться проповеди, ходатайствовал перед властями об открытии храма в городе Ржеве, где действовала старообрядческая община, но не было православной церкви, а также об открытии в Калинине кафедрального собора. Провёл реорганизацию благочинных округов, сменил состав благочинных, дал им инструкции по управлению округом, проводил работу по увеличению числа духовенства, в части храмов увеличил штат, пригласил в епархию преимущественно из Западной Белоруссии и с Украины 66 священников и дьяконов, рукоположил во священный сан 18 человек, часто посещал приходы. Уполномоченный Совета по делам РПЦ по Калининской области, характеризуя Варсонофия, писал, что архиерей не проводил никакой патриотической деятельности, враждебно относился к рекомендациям Совета по делам РПЦ, «политические вопросы истолковывал... в антисоветском направлении». 8 февраля 1956 г. Варсонофий был возведён в сан архиепископа. За несколько месяцев до кончины ослабел, но продолжал служить, до последних дней занимался епархиальными делами. Похоронен на Николо-Малицком кладбище в Твери.