Возглавив епархию, Иннокентий содействовал миссионерским трудам протоиерея Иоанна Вениаминова, будущего митрополита Московского Иннокентия, ходатайствовал перед Святейшим Синодом об учреждении самостоятельной епископской кафедры на Камчатке. Добился в 1836 г. повышения статуса главных обителей края: перевода иркутского в честь Вознесения Господня мужского монастыря в первый класс, иркутского в честь иконы Божьей Матери «Знамение», Посольского в честь Преображения Господня и Усть-Киренского во имя Святой Троицы монастырей – во второй класс. Иннокентий дважды совершал объезд подведомственной ему территории. В августе-сентябре 1836 г. побывал в долине Ангары, а в июне-июле следующего года – в Забайкалье. Построил несколько каменных храмов, в том числе иркутскую церковь в честь Успения Пресвятой Богородицы (1835–1847 гг.; взорвана в 1931 г.), церковь в честь Смоленской иконы Божьей Матери (1837–1841 гг.; снесена в 1932 г.) в Вознесенском монастыре, закончил возведение кладбищенского храма в честь Входа Господня в Иерусалим. 23 июня 1838 г. покинул Иркутск в связи с новым назначением. 23 апреля 1838 г. Иннокентий возглавил Екатеринославскую и Таганрогскую епархию, 2 октября того же года прибыл в кафедральный город. По его инициативе в Екатеринославе (ныне Днепр) на месте обветшавшей деревянной Успенской церкви (конец XVIII в.) в 1838–1850 гг. был построен одноимённый двухэтажный каменный храм; при Иннокентии также велось строительство пятикупольного Свято-Троицкого храма с колокольней. В 1838 г. приобрёл для Екатеринославской духовной семинарии дом. Отменил преподавание в семинарии богословских дисциплин на латинском языке, сделал факультативным изучение еврейского языка, ввёл в круг учебных дисциплин изучение сельского хозяйства и медицины. Награждён орденом св. Анны второй степени (27 февраля 1832 г.), избран почётным членом Харьковского императорского университета (26 ноября 1834 г.), действительным членом Общества истории и древностей российских (14 октября 1839 г.). В августе 1853 г. по личному прошению Иннокентий был уволен на покой с назначением пенсии 1 тыс. руб. серебром в год, 4 октября того же года выехал из Екатеринослава в Куряжский Старохарьковский Преображенский монастырь, где впоследствии скончался. Епископ Сумской, викарий Харьковской епархии Герман (Осецкий) перенёс тело почившего в Преображенский собор обители, а 5 апреля 1869 г. – в архиерейский дом, который располагался в харьковском в честь Покрова Пресвятой Богородицы монастыре. 6 апреля после заупокойной литургии, совершённой епископом Германом, Иннокентий был погребён в Покровской обители, в нижней церкви в честь Воздвижения Креста Господня, в усыпальнице харьковских иерархов недалеко от места захоронения Мелетия (Леонтовича).