Papa Pio XI. imenuje ga 28. svibnja 1934. nadbiskupom koadjutorom s pravom nasljedstva. Bio je tada najmlađi biskup na svijetu s 36 godina života i nepune četiri godine svećeništva. Na Ivanje, 24. lipnja 1934. zaređen je za biskupa u zagrebačkoj katedrali. Nadbiskup ga odmah uključuje u najintenzivniji pastoral prostrane nadbiskupije.Nakon smrti zagrebačkog nadbiskupa Bauera 7. prosinca 1937. preuzima izravnu upravu zagrebačke nadbiskupije, a uskoro i predsjedništvo tadašnje Biskupske konferencije Jugoslavije.Kao pastir Crkve zagrebačke nastoji se što češće izravno susresti s klerom i vjernicima diljem nadbiskupije. Promiče svestranu duhovnu obnovu, osobito euharistijsku i marijansku pobožnost. Na srcu mu je pastoral obitelji i mladih te što aktivnije sudjelovanje vjernika laika u Katoličkoj akciji. Zalaže se za dobar katolički tisak (pokrenuo je katolički dnevnik "Hrvatski Glas"). Potaknuo je izdanje novog cjelovitog prijevoda Svetoga pisma. Osniva mnoge nove župe, njih 14 u samom Zagrebu. Posvuda uključuje u izravni pastoral gotovo sve redove i družbe. U Brezovici osniva prvi karmel u Hrvatskoj. Sa svim hrvatskim biskupima zauzeto planira proslavu 1300. obljetnice veza Hrvata sa Svetom Stolicom (641-1941) što je zbog rata odgođeno sve do proslave na Mariji Bistrici 1984.

Za vrijeme II. svjetskog rata, nakon njemačke okupacije Jugoslavije uspostavljena je Nezavisna Država Hrvatska, oslonjena na sile osovine. Stepinac se u to vrijeme ne veže ni uz koju političku stranku ili pokret. Dosljedan u svom rodoljublju, ali nadasve vjeran pastirskom poslanju, sa svom slobodom i neustrašivošću javno osuđuje rasna, ideološka i politička progonstva. I u javnim nastupima i u tolikim pismenim interventima hrabro zahtijeva poštivanje svake osobe, bez razlike rase, narodnosti, vjere, spola i dobi. Vjeran Evanđelju, neumorno osuđuje zločine protiv čovještva i sve druge nepravde. Odmah po donošenju rasističkih zakona, već u travnju 1941. upućuje najoštriji prosvjed vlastima. Spašavao je progonjene Židove, Srbe, Cigane, Slovence, Poljake, kao i Hrvate komuniste. Već u prvim mjesecima nakon osnutka hrvatske države hitno intervenira i poručuje: "Po katoličkom moralu nikada nije dozvoljeno ubijati taoca za krivice, koje su drugi počinili." A 25. listopada 1942. u zagrebačkoj katedrali izjavljuje: "Svaki narod i svaka rasa, kako se danas odrazuju na zemlji imade pravo na život dostojan čovjeka i na postupak dostojan čovjeka. Svi oni bez razlike, bili pripadnici ciganske rase ili koje druge, bili crnci ili uglađeni Europejci, bili omraženi Židovi ili oholi Arijanci, imadu jednako pravo da govore: "Oče naš koji jesi na nebesima!" I ako je Bog svima podijelio to pravo, koja ga ljudska vlast može nijekati?" Protivio se nasilnim vjerskim prijelazima, a kad ih nije mogao spriječiti, daje kleru povjerljivu instrukciju: da one koji zatraže prijelaz - da bi na taj način spasili svoj život - prime u Katoličku Crkvu bez ikakvih uvjeta, jer "kad prođe ovo vrijeme ludila i divljaštva, ostat će u našoj Crkvi oni koji budu konvertirali zbog uvjerenja, dok će se ostali, kada opasnost prođe, vratiti u svoju". Njemu su se sa svih strana utjecali siromasi i prognanici. Prihvatio je tristotinjak svećenika protjeranih iz Slovenije. Njegov je Caritas pomagao ne samo ugroženim Hrvatima nego i svima drugima: Srbima, Židovima, Slovencima, Poljacima itd. Zbog svega toga, a osobito zbog osuda fašističkih i nacističkih progona, postao je vlastima nepoćudna osoba. Hitlerov je GESTAPO pripremio plan da ga ubije, a vlasti su više puta tražile da ga Sveta Stolica makne s nadbiskupske stolice u Zagrebu.

Nakon sve žešćih pogrda i napada na njegovu osobu, ponovno je uhićen 18. rujna 1946. te je 30. rujna izveden pred već montirani politički sudski proces. Znamenit je njegov govor pred sudom 3. listopada, koji nije samo obrana nego optužnica nepravednog suda i vjeroispovjest za koje je svetinje on spreman položiti i život. Na temelju iznuđenih izjava i lažnih svjedočanstava, čak i krivotvorenih dokumenata, nevin je osuđen 11. listopada 1946. na 16 godina zatvora i prisilnog rada te daljnjih 5 godina lišenja svih građanskih prava. 19. listopada 1946. odveden je na izdržavanje kazne u kazneno-popravni dom u Lepoglavi gdje je bio do 5. prosinca 1951. Bilo mu je doduše dopušteno slavljenje mise i čitanje teoloških knjiga, ali je držan u potpunoj izolaciji, podvrgnut trajnim ponižavanjima i stresovima, a po svoj prilici i trovanju, što je uvelike narušavalo njegovo zdravlje. Po svjedocima u procesu za beatifikaciju bio je na popisu zatočenika osuđenih na likvidaciju.
Nakon 1864 dana provedenih u lepoglavskom zatvoru, 5. prosinca 1951. bio je premješten na izdržavanje preostalog dijela kazne u internaciju u rodni Krašić. U zatočeništvu, 12. siječnja 1953. imenuje ga kardinalom papa Pio XII. na što su vlasti prekinule diplomatske odnose sa Svetom Stolicom. Nije mogao u Rim ni po kardinalski grimiz, a po smrti Pija XI. ni u konklave, jer nije bio siguran da će se moći vratiti u domovinu, a htio je po svaku cijenu ostati sa svojim narodom.

U zatočeništvu, i dalje strogo izoliran, razvija apostolat pisanja. Napisao je na tisuće stranica propovijedi i drugih duhovnih sastavaka. Uputio je mnogim biskupima, svećenicima i vjernicima više od 5000 pisama od kojih je sačuvano oko 700. U pismima, kao čovjek žive vjere i nepokolebljive nade te potpunoga predanja Bogu, naslovnike hrabri, tješi i potiče, osobito na ustrajnost u vjeri i u crkvenom jedinstvu. I u tim pismima, kao i na suđenju i u cijelom zatočeništvu pokazuje iskrenu ljubav i prema onim osobama koje su ga progonile i nepravedno optuživale. Molitva za neprijatelje i praštanje svima stalna je tema njegovih izjava i pisama kao i triju oporuka. Od proljeća 1953. godine kobno su se razvijale, već od Lepoglave, "policitemia rubra vera", tromboza nogu i bronhijalni katar. Bio je potreban sustavne bolničke njege, premda su liječnici, strogo kontrolirani od režima, činili sve što su mogli. Odbijao je svaku povlasticu liječenja koja bi mogla značiti da je pokleknuo pred nepravednim sucima i pred režimom te tako pokolebati kler i druge ljude u vjerničkoj izdržljivosti. Tako su sve teži bolovi postali dio njegova zatočeničkog života, ali je on to strpljivo podnosio sve do smrti. Sveto je umro 10. veljače 1960. još za vrijeme izdržavanja nepravedne kazne. Umro je kako se to u mučeničkom rječniku kaže "ex aerumnis carceris" - od "zatvorskih tegoba", ali moleći za progonitelje i s Gospodinovim riječima na usnama: "Oče, budi volja tvoja!". Njegov krepostan život i mučeničku smrt Božji je narod prepoznao i častio već za života, a osobito nakon smrti, unatoč komunističkim zabranama i progonima. Blaženim ga je proglasio papa Ivan Pavao II. u Mariji Bistrici 3. listopada 1998. godine. Iza glavnoga oltara zagrebačke katedrale gdje se nalazi grobnica zagrebačkih nadbiskupa pohranjeni su i zemni ostaci bl. Stepinca. Cvijeće i svijeće te zahvale za uslišane milosti po zagovoru bl. Stepinca neprestano rese taj divni prostor jer su hodočasnici prepoznali u njemu osobnog zagovornika kao i zagovornika cijelog hrvatskog naroda.

Molitva za proglašenje svetim blaženoga Alojzija Stepinca

Gospodine Bože, izvore svetosti i milosti,
blaženoga Alojzija, pastira i mučenika,
pozvao si da ti služi
kao navjestitelj i branitelj istine
i kao hrabri svjedok vjernosti Crkvi.

Poslušan tvojoj Riječi
i vođen Duhom tvoje ljubavi,
zauzimao se za siromašne i obespravljene;
ostavio nam je divno svjetlo čiste savjesti,
pouzdanja u tebe i ustrajnosti u trpljenju.

Ponizno te molimo
da nas obdariš svojom radošću
te blaženoga Alojzija ubrojiš
među svece sveopće Crkve,
da bismo ga mogli još predanije slijediti
i uteći se njegovu moćnom zagovoru
u svojim životnim potrebama.

Po njegovim molitvama jačaj proročki glas Crkve,

koji širi nadu u dolazak tvojega kraljevstva,

praćen blizinom i utjehom Blažene Djevice Marije,

Majke i Kraljice vjernoga ti naroda.

Po Kristu Gospodinu našemu. Amen!