Архиепископ основал братство для противостояния распространению мусульманства и язычества (впоследствии Общество восстановления православного христианства на Кавказе). 26 августа 1856 г. за труды в Закавказском крае (а не по статусу занимаемой им кафедры) Исидор был возведён в сан митрополита. На Карталинской кафедре проявил себя как «человек благоразумный, ревностный к службе и заботливый о духовной пользе края»; по воспоминаниям соратников, «с ним легко было служить». В эти годы через начальника Главного штаба войск на Кавказе князя Александра Ивановича Барятинского (впоследствии наместник) Исидор стал известен императору Александру II и императрице Марии Александровне. 1 марта 1858 г. Исидор был назначен митрополитом Киевским и Галицким (во исполнение благословения Филарета (Амфитеатрова), в 1856 г. приславшего Исидору белый клобук с пожеланием оказаться на Киевской кафедре). Особое внимание Исидор уделял педагогической деятельности, инициировал издание нового семинарского журнала, 31 августа 1859 г. первым из русских архиереев обратился с почином учредить церковно-народные школы (впоследствии церковноприходские) и стал активно заниматься их обустройством. Основал Введенскую женскую общину, о которой заботился и в дальнейшем (см. Киевский в честь Введения во храм Пресвятой Богородицы монастырь). По ходатайству Исидора в Киеве был выделен участок земли для возведения собора равноапостольного князя Владимира. Прожив в Киеве немногим больше года, Исидор остальное время служил в столице как член Святейшего Синода. 1 июля 1860 г. был назначен митрополитом Новгородским, Санкт-Петербургским и Финляндским, первенствующим членом Синода. Назначение состоялось по рекомендации князя А.И. Барятинского и царского духовника протоиерея Василия Борисовича Бажанова, но вопреки пожеланиям обер-прокурора графа Александра Петровича Толстого и Филарета (Дроздова). Среди недоброжелателей Исидора были архиепископ Платон (Городецкий), считавший, что митрополит мало внимания уделяет церковным реформам, митрополит Арсений (Москвин) и санкт-петербургский генерал-губернатор светлейший князь Александр Аркадьевич Суворов-Рымникский. 11 августа 1860 г. Исидор прибыл в столицу и был встречен у ворот лавры викарием епископом Ревельским Леонтием (Лебединским; впоследствии митрополит). Встреча носила скромный характер, и, как указывал митрополит Леонтий, Исидор «приехал в Петербург с предубеждением против епархиальной администрации». Первую литургию Исидор служил 14 августа в Исаакиевском соборе. В 1861 г. возглавил торжества открытия мощей Тихона Задонского. На родине святителя в Валдайском уезде основал Короцкую во имя Тихона Задонского общину с больницей и училищем. На юбилейных торжествах в Новгороде (1862 г.) отслужил молебен и освятил памятник «Тысячелетие России». В 1862 г. Исидор ходатайствовал перед императором о назначении на должность обер-прокурора Синода князя Сергея Николаевича Урусова, однако пост получил Алексей Петрович Ахматов. С 17 января 1863 г. до января 1872 г. Исидор как первоприсутствующий в Синоде возглавлял церковно-государственный орган – Присутствие по делам православного духовенства.