V roku 1954 ho Pius XII. vymenoval za milánskeho arcibiskupa. Montini sa ukázal ako „pastier robotníkov“. Navštevoval továrne, bane a moderné štvrte, čím si získal rešpekt aj v sekulárnom prostredí. V roku 1958 ho pápež Ján XXIII. vymenoval za kardinála. Po smrti Jána XXIII. bol v júni 1963 zvolený za pápeža a prijal meno Pavol VI. Pred ním stála gigantická úloha: dokončiť a uviesť do praxe Druhý vatikánsky koncil (1962-1965), ktorý mal Cirkev otvoriť modernému svetu.
Bol prvým novodobým pápežom, ktorý opustil Taliansko. Navštívil Svätú zem (1964) › kde sa historicky stretol s pravoslávnym patriarchom Atenagorom. Asolvoval aj iné pastoračné cesty. Navštívil Filipíny, Austráliu, Indonéziu, Samou, Hongkong, Irán a Srí Lanku. Jeho neobyčajné cesty do Indie, do OSN v New Yorku vzbudili pozornosť svetovej verejnosti. Medzi novinármi ho nazývali Flying Paul (Lietajúci Pavol).
V roku 1968 vydal prorockú, hoci v tom čase búrlivo prijatú encykliku Humanae vitae (lat. Ľudský život) o hodnote ľudského života a manželskej láske. V encyklike Populorum progressio (Rozvoj národov) zdôrazňoval, že rozvoj nie je len ekonomický rast, ale musí zahŕňať celého človeka a všetkých ľudí. Zomrel po krátkej chorobe 6. augusta 1978 v letnom sídle Castel Gandolfo. Za svätého ho vyhlásil pápež František 14. októbra 2018.
-----
Liturgická modlitba 〉 Bože, ty si zveril vedenie svojej Cirkvi svätému pápežovi Pavlovi, horlivému apoštolovi evanjelia tvojho Syna; prosíme ťa, dopraj, aby sme osvietení jeho náukou spolupracovali s tebou na šírení civilizácie lásky vo svete. Skrze nášho Pána Ježiša Krista, tvojho Syna, ktorý je Boh a s tebou žije a kraľuje v jednote Ducha Svätého po všetky veky vekov. Amen.
Osobná modlitba za Cirkev a svet 〉 Svätý Pavol VI., ty si viedol Petrovu bárku cez búrlivé vody moderných čias s hlbokou vierou a pevnou nádejou. Vyprosuj dnešnej Cirkvi rovnakú odvahu k dialógu, akú si mal ty. Pomáhaj nám vidieť v každom človeku nášho brata a sestru. Vyprosuj silu kresťanským manželstvám a rodinám, aby zostali verné pravde o láske a živote, ktorú si tak neochvejne bránil. Nauč nás milovať Cirkev, trpieť pre ňu, ak je to potrebné, a prinášať Kristovu radostnú zvesť až na kraje sveta. Amen.
Modlitba sv. Pavla VI. k Duchu Svätému 〉 Príď, o Duchu Svätý! Príď, obranca a tešiteľ! Príď, svetlo svedomia, sila dejín! Daj nám vieru, vieru, ktorá premáha svet. Daj nám lásku, ktorá horí a odpúšťa. Učiň nás čistými, učiň nás svätými, učiň nás opravdivými svedkami Krista vo svete.
Zamyslenie 〉 Pavol VI. býva niekedy nespravodlivo vnímaný ako váhavý či smutný pápež. Pravdou však je, že niesol na pleciach bremeno jednej z najväčších kultúrnych a spoločenských kríz 20. storočia (búrlivé 60. a 70. roky, sexuálna revolúcia, politické napätie). Jeho veľkosť spočívala v tom, že odmietol dve extrémne cesty: Nezatvoril oči pred moderným svetom v nostalgickej túžbe po minulosti. Nerozpustil identitu Cirkvi v prúde moderných trendov. Učil nás, že dialóg so svetom neznamená stratu vlastnej tváre. Jeho slávny výrok z koncilu pripomína, že Cirkev sa chce stať slúžkou ľudstva. Ukazuje nám, že vernosť pravde a hlboká láska k človeku môžu a musia kráčať ruka v ruke, aj keď za to človek musí platiť daň v podobe nepochopenia a samoty.