I 1736 blev han sognepræst i Torkilstrup og Lillebrænde på Falster, men allerede to år efter blev han forflyttet til København. Der havde han sit virke som sognepræst igennem 26 år ved fire forskellige kirker:
I 1752 fik han tildelt en teologiske doktorgrad for en afhandling om Brevet til Philemon, og i 1764 blev han udnævnt til biskop over Aarhus Stift; et embede han beholdt indtil sin død den 27. juli 1777.
Foruden nogle mindre eksegetiske fortolkninger har han kun udgivet enkelte prædikener, men flere af hans prædiken-dispositioner blev trykt i den københavnske Adresseavis.
Poul Matthias Bildsø var i løbet af sit liv gift fire gange:
I 1737 med Marie Christiane Ernst (død 1738), datter af en købmand og rådmand i Svendborg
I 1739 med Anne Marie Fjeldsted (død 1756), datter af justitsråd og stadshauptmand Michael Fjeldsted i København