В 1668 г. в Константинополе он встретился с прибывшим туда патриархом Нектарием для получения разрешения от великого везира на реставрацию храма Рождества Христова в Вифлееме; патриарх сообщил ему о решении уйти на покой. После получения фирмана, предписывавшего избрание 27-летнего Досифея Нотары Иерусалимским патриархом Синод Иерусалимской церкви 13 января 1669 г. утвердил его избрание на патриарший престол (будучи Иерусалимским патриархом, проживал значительную часть времени в Константинополе). После интронизации Досифей II Нотара отправился в Болгарию и Дунайские княжества на поиски финансовых средств для погашения долгов Иерусалимского патриархата. В Великий четверг 1670 г. он освящал в Бухаресте св. миро. В октябре 1670 г. и в январе 1671 г. принял участие в Константинопольских соборах, на которых рассматривался вопрос юрисдикции над Синаем и синайским монастырём великомученицы Екатерины. В результате Cинайский архиепископ Анания был отправлен на покой, над Синаем утверждена юрисдикция Иерусалимского патриархата; патриархату также был подчинён монастырь Четэцуя (Святых Апостолов) в Яссах (современная Румыния). Ввиду того, что в последующие десятилетия синаиты не оставляли попыток получить ещё большую автономию (в 1689 г. они добились того, что Синай был взят под попечительство России), Досифею II Нотаре, видевшему в этих попытках угрозу его юрисдикционной власти, не раз приходилось возвращаться к этой проблеме, прибегая к поддержке Константинопольских патриархов Иакова (1679–1682, 1685–1686, 1687–1688 гг.) и Каллиника II (1688, 1689–1693, 1694–1702 гг.). После того, как проходивший летом 1690 г. в Константинополе Собор был сорван архиепископом Ананией при помощи турецких властей, и Досифею II Нотаре пришлось бежать в Адрианополь, он с патриархом Каллиником II добился у великого везира решения о невмешательстве турецких властей во внутрицерковные противостояния (синайский конфликт был исчерпан лишь после смерти архиепископа Анании 30 июля 1692 г.). При посредничестве валашского господаря Константина Брынковяну в 1695 и 1696 гг. произошло примирение Досифея II Нотары с Синайским архиепископом Иоанникием: синаиты признали юрисдикцию Иерусалимского патриархата, а Досифей II Нотара согласился с архиерейским титулом Иоанникия и подтвердил автономию Синая, утверждённую Константинопольским собором 1575 г. После прибытия в Иерусалим в качестве патриарха в марте 1671 г. Досифей II Нотара энергично занялся реставрацией храма Рождества Христова в Вифлееме. Обновление отреставрированного храма послужило поводом для одной из его важнейших церковно-политических инициатив – созыва Иерусалимского собора 1672 г., в котором приняли участие митрополиты Петрский Дорофей, Назаретский Парфений, Птолемаидский и Сидонский Иосафат, Вифлеемский Неофит, архиепископы Лиддийский Антоний, Неапольский Христофор, архимандрит Святого Гроба, игумены монастырей Иерусалима и Палестины, представители Трапезундской, Грузинской, Молдавской и Македонской церквей, 61 клирик Иерусалимского патриархата, а также представители из России. Причиной созыва Собора послужила богословская полемика во Франции между католиками и протестантами. Протестантский пастор из Шарантона Ж. Клод (1619–1687 гг.), ссылаясь на «Восточное исповедание христианской веры» (1629 г.) Константинопольского патриарха Кирилла I Лукариса (1620–1623, 1623–1633, 1633–1634, 1634–1635, 1637–1638 гг.), в противовес католическим богословам-янсенистам (А. Арно, П. Николь и др.) выдвинул утверждение, что православная церковь отрицает пресуществление в Евхаристии хлеба и вина в Тело и Кровь Христа, что учение о пресуществлении и о поклонении Святым Дарам нигде, кроме Римской церкви, не известно.