Am 28. Oktober 1981 ernannte ihn Papst Johannes Paul II. zum Titularerzbischof von Italica und zum Erzbischof des Italienischen Militärordinariates und am 14. November 1989 zum Erzbischof von Siena-Colle di Val d’Elsa-Montalcino, mit diesem Bischofsamt war er Präsident der Internationalen Vereinigung der Katharinaten. Am 23. Mai 2001 nahm Johannes Paul II. sein altersbedingtes Rücktrittsgesuch an. Gaetano Bonicelli lebt seitdem in einem Pilgerhaus in Stezzano bei Bergamo.