Nommé évêque du diocèse de Nancy-Toul le , il est consacré évêque le de la même année à la cathédrale de Nancy.
Jean-Louis Papin a lancé plusieurs opérations d'évangélisation dans son diocèse : Passe sur l'autre rive[1] en , ou, en -, une année consacrée à l'Église diocésaine pour redécouvrir l'importance d'un engagement catholique local au quotidien.
Fonctions au sein de la Conférence des Évêques de France
Il a été vice-président de la Conférence des évêques de France de à . Il a aussi été président de la commission des mouvements apostoliques et associations de fidèles, et président du comité de la mission en monde ouvrier.
Le , il a été élu président de la commission pour la vie consacrée, dont il était déjà membre, pour un mandat de trois ans[2], renouvelé en [3].
Depuis , il est membre du groupe de travail « écologie et environnement » animé par Marc Stenger. Fin , il est désigné évêque accompagnateur de la DCC (délégation catholique à la coopération ; il a d'ailleurs été volontaire en Centrafrique).
L'« affaire de Nantes »
En , L'Est républicain, principal quotidien local annonce en une que « Monseigneur Papin pourrait devenir évêque de Nantes »[4]. L'affaire prend de l'ampleur, au point que l'évêché doit émettre officiellement un démenti face à cette rumeur.
