Seine Zeit als Bischof war geprägt von den Inhalten des Ersten Vatikanischen Konzils. Er war überzeugt von der Unfehlbarkeit des Papstes und beteiligte sich, abweichend von vielen vorher abgereisten Kollegen, an der Schlussabstimmung des Konzils am 18. Juli 1870. Mit dem Konzil war ein Kulturkampf entbrannt, der auch zur Abspaltung der Altkatholiken führte. Bayern blieb hiervon weitgehend unberührt. Franz Leopold engagierte sich in der Aufnahme von Studenten aus Diözesen, in denen offene Streitigkeiten ausgebrochen waren. Franz Leopold war auch bemüht in der Sorge um sein Bistum: Er holte die bayerische Bischofskonferenz viermal nach Eichstätt und versuchte auch eine gesamtdeutsche Konferenz zu organisieren, was allerdings nicht gelang. Er besuchte alle Pfarreien des Bistums viermal persönlich. 1882/83 brachte er für das Bistum Eichstätt einen Kleinen und einen Mittleren Katechismus heraus, der auch benachbarten Bistümern ein Vorbild war. Sein Name steht außerdem für umfangreiche Restaurierungsarbeiten am Dom zu Eichstätt.
1895 wurde Franz Leopold Ehrenmitglied der katholischen Studentenverbindung Academia im KV, der er bis zu seinem Tode verbunden blieb. Sein goldenes Priesterjubiläum wurde 1901 zusammen mit dem Stiftungsfest der Verbindung gefeiert. Anlässlich seines 25-jährigen Priesterjubiläums wurde ein Altar gestiftet, der zunächst im Dom zu Eichstätt stand, sich aber inzwischen in der Kirche Mariä Himmelfahrt in Pappenheim befindet, deren Bau Franz Leopold von Leonrod vorangetrieben hatte.
Der Leonrodplatz in Eichstätt ist nach ihm benannt worden.
Robert Jauch in Siegfried Koß, Wolfgang Löhr (Hrsg.): Biographisches Lexikon des KV. 3. Teil (= Revocatio historiae. Band 4). SH-Verlag, Schernfeld 1994, ISBN 3-89498-014-1, S. 73 f.
Jürgen Strötz: Franz Leopold Freiherr von Leonrod (1827-1905), Bischof von Eichstätt (1867-1905): Diözese Eichstätt und bayerische Kirche zwischen Erstem Vatikanum und Modernismuskontroverse. EOS Verlag, St. Ottilien 2004, ISBN 978-3830671862
