В июне того же года определён архиепископом Свердловским и Ирбитским. Назначение последовало после того, как предыдущий Свердловский архиепископ Григорий (Яцковский) стал организатором поддержанного властями григорианского раскола и был запрещён заместителем патриаршего местоблюстителя митрополитом Сергием (Страгородским) в священнослужении. Большинство храмов Свердловска (ныне Екатеринбург) оказалось у обновленцев и григориан, однако в марте 1926 г. было образовано Свердловское благочиние патриаршей церкви с центром в Крестовоздвиженском храме, в котором постоянно служило больше десяти священников, которые перешли сюда из других церквей города. В состав благочиния также входили ещё пять пригородных приходов. 12 апреля на собрании церковной общины Свердловска было принято решение обратиться к митрополиту Сергию (Страгородскому) с прошением о назначении на кафедру нового епископа, которым стал Корнилий. После его приезда в Свердловск 19 июня 1926 г. приходский совет Крестовоздвиженской церкви подал в административный отдел Свердловского исполкома ходатайство о регистрации Корнилия в качестве правящего архиерея епархии. Однако в то время структурам управления канонической церкви в отличие от обновленческих и григорианских организаций не предоставлялась официальная регистрация. Епископ совершал богослужения в Крестовоздвиженском храме, который стал кафедральным собором епархии, однако вскоре выехал во Владимир, где 16 июля был вновь арестован и этапирован в Москву. 18 августа того же года по решению Коллегии ОГПУ освобождён из-под ареста под подписку о невыезде из Москвы. Осенью 1926 г. Корнилий вместе с Полоцким и Витебским епископом Павлином (Крошечкиным; впоследствии архиепископ) стал инициатором заочного тайного избрания патриарха путём письменного опроса архиереев. Узнав об этом, ОГПУ провело по стране массовые аресты среди епископата. Всего было арестовано около сорока человек, в том числе заместитель патриаршего местоблюстителя митрополит Сергий (Страгородский). Принявший на себя временное управление церковью Ленинградский митрополит Иосиф (Петровых), предполагая свой скорый арест, назначил 8 декабря временных заместителей на этот случай, первым назвав среди них Корнилия. Однако 17 декабря Корнилий был арестован в Москве. Содержался с другими обвиняемыми в Бутырской тюрьме. Во время следствия взял на себя всю ответственность за попытку избрания главы церкви: «Инициатива этого избрания принадлежит мне, и о себе я говорить могу, а других называть не буду, потому что считаю это непорядочным. Говорить о других везде, где результатом этого могут явиться неприятные последствия для названных лиц, не позволяет моя этика…».