Le , il fut le premier nonce à être nommé en Tchécoslovaquie et devint archevêque titulaire d'Apamée(de). Il reçut la consécration épiscopale le suivant, des mains du cardinal Gasparri, assisté des évêques Antonio Valbonesi et Karl Kašpar servant comme coconsécrateurs, dans la chapelle du Collège de Bohême à Rome. Après avoir été nommé nonce en Belgique et internonce au Luxembourg le , il remit la rose d'or à la reine Élisabeth de Belgique en tant que représentant du pape le . De 1940 à 1944, pendant l'occupation de la Belgique par les Allemands, il resta à Rome et ne reprit son poste qu'en 1944.
Il fut nommé vice-doyen du Sacré Collège le et vicaire général de Rome le suivant. En qualité de vicaire général, il jouait de facto le rôle d'évêque de Rome, car ce titre appartient officiellement au pape, qui délègue à son vicaire la gestion des affaires courantes du diocèse. En 1953, il présenta sa démission comme préfet des Religieux () et comme pro-préfet des Rites (). À l'occasion des élections générales de 1953 en Italie, il exhorta les catholiques de Rome à « bien voter, à voter comme des catholiques, à voter comme des Romains ».
Il participa comme cardinal au conclave de 1958 qui élut Jean XXIII et à celui de 1963 qui élut Paul VI. On l'appelait le « Grand Électeur » dans la Curie en raison de son influence parmi les cardinaux conservateurs, qui lui permit au dernier conclave d'obtenir leurs voix en faveur de son ami Paul VI. Considéré comme progressiste, le cardinal Micara vécut assez longtemps pour assister au Concile Vatican II, mais seulement à ses trois premières sessions de 1962 à 1964.
Il mourut à Rome après une longue maladie, à l'âge de 85 ans, et fut enterré dans la basilique Santa Maria sopra Minerva.