Hans søster Lucrezias sykdom samt to kollegers død i 1628 medførte en radikal endring i Palafox’ liv. Han begynte å motta sakramentene og å be seriøst. Alt dette førte til at han i 1629 ga avkall på sine embeter og ble presteviet. Han ble kapellan for prinsesse Maria av Østerrike, søster av den spanske kongen Filip IV (1621-65), og fulgte henne på diverse reiser rundt i Europa. I 1639 nominerte kong Filip IV ham til biskop av Tlaxcala (fra 1903 Puebla de los Ángeles) i Mexico (da den spanske kolonien Nye Spania), og pave Urban VIII (1623-44) utnevnte ham den 3. oktober. Han ble bispeviet i Madrid den 27. desember 1639 av kardinal Agustín Spínola Basadone med erkebiskop Juan Alonso y Ocón og biskop Mauro Diego (Marcos) de Tovar y Valle Maldonado OSB som medkonsekratorer.
Han kom til Veracruz den 24. juni 1640 sammen med den nye visekongen, Diego López Pacheco, syvende hertug av Escalona, som han var blitt kjent med om bord på skipet. Han ble også utnevnt til visitador general (kongens representant) for å granske de to tideligere visekongene. Han tjente som biskop av Puebla fra 1640 til 1655 og som interim-erkebiskop av Mexico fra 1642 til 1643.
Han kom snart i konflikt med fransiskanerne, dominikanerne og augustinerne, ettersom han anså deres mange eksempsjoner og privilegier som overgrep mot hans biskoppelige jurisdiksjon. Som generalvisitator brøt biskop Palafox y Mendoza med visekonge Diego López Pacheco Cabrera y Bobadilla i 1642 og anklaget ham for å stå i ledtog med Portugal, som da gjorde opprør mot Spania. Biskop Palafox hevdet å ha ordrer fra kronen, men han viste dem ikke frem. Han kom i hemmelighet til hovedstaden, og natten mellom 9. og 19. juni møtte han Audiencia (rådet) og la frem sine mistanker. Deretter ga han ordre om at visekongens palass skulle omgis av vakter. Neste morgen ble visekonge López Pacheco informert om at han var under arrest og at biskopen var blitt utnevnt til erkebiskop av Mexico og visekonge av Nye Spania. López Pachecos eiendeler ble beslaglagt og han ble holdt i arrest en tid før han fikk lov til å vende tilbake til Spania. Der ble han frikjent for anklagene mot seg.
Biskop Palafox grunnla dominikanerklosteret Santa Inés, endret vedtektene for seminaret San Juan og grunnla kollegiene San Pedro og San Pablo. Han grunnla også jenteskolen Purísima Concepción og arbeidet flittig med fullføringen av katedralen, som ble vigslet den 18. april 1649. Som biskop utmerket Palafox y Mendoza seg ved sine anstrengelser for å beskytte de innfødte mot spansk grusomhet, og han forbød andre måter enn overtalelse for å oppnå konversjoner.
I dette og andre spørsmål møtte han kompromissløs motstand fra jesuittene, som han i 1647 la under interdikt. Jesuittene ekskommuniserte ham. To ganger, i 1647 og 1649, sendte han formelle klager på dem til Roma. Paven nektet imidlertid å godkjenne hans straffetiltak, og alt han klarte å oppnå, var en bulle fra pave Innocent X (1644-55) den 14. mai 1648 som ga jesuittene ordre om å respektere den biskoppelige jurisdiksjon. Den 20. mai 1655 undertegnet Palafox og jesuittene en avtale, men uenighetene fortsatte. Samme år klarte jesuittene å sørge for at biskop Palafox ble forflyttet til det lille bispesetet Osma i Gamle Castilla.
Palafox var en entusiastisk beskytter av kunsten, og det var i hans tid i Puebla at byen ble det musikalske senteret i Nye Spania. Komponister som Juan Gutiérrez de Padilla, maestro di capilla i katedralen under Palafox og den mest berømte 1600-tallskomponisten i Mexico, brakte de nyeste europeiske musikkstilene til Den nye verden. Palafox var også en sterk tilhenger av utdannelse generelt. Han grunnla Biblioteca Palafoxiana den 5. september 1646 og utstyrte det med 5.000 bøker om vitenskap og filosofi.
Sine fire år som biskop av Osma (fra 1959 Osma-Soria) i erkebispedømmet Burgos i Castilla y León levde biskop Palafox y Mendoza et svært asketisk liv og var spesielt opptatt av de fattige og syke i sitt bispedømme. Han døde fredelig den 1. oktober 1659. Bispedømmets kapittel organiserte en fattigbegravelse for ham i henhold til direktivene i hans testamente. Hans skrifter ble publisert i femten bind i Madrid i 1762.
Mirakelet var helbredelsen av p. Lucas Fernández de Pinedo, en 66 år gammel prest fra bispedømmet Osma i Spania, hvor biskop Palafox var gravlagt. P. Lucas led av mulig tuberkulose, som var uhelbredelig på den tiden, og hans leger hadde gitt opp alt håp om at han ville komme seg. P. Lucas hadde skrevet sitt testamente, mottatt de siste sakramenter og tatt farvel med sine sognebarn da hans nevø, som også var prest, brakte ham en relikvie av Palafox. Han mottok relikvien, overlot seg selv til Palafox’ forbønn og falt rolig i søvn, noe som hadde vært umulig i mange uker. Hans sykdom forsvant øyeblikkelig, og i løpet av fire timer hadde han fått helsen fullstendig tilbake.
Han ble saligkåret den 5. juni 2011 i katedralen La Asunción i El Burgo de Osma i Spania. Som vanlig under dette pontifikatet ble seremonien ikke ledet av paven selv, men av hans personlige utsending, i dette tilfelle kardinal Angelo Amato SDB, prefekt for Helligkåringskongregasjonen i Vatikanet. Hans minnedag er dødsdagen 1. oktober.
Kilder: CE, Index99, en.wikipedia.org, catholic-hierarchy.org, discalcedcarmelite.com - Kompilasjon og oversettelse: p. Per Einar Odden