Архиерейское служение Леонида на Курской кафедре совпало со временем новых гонений на церковь, развязанных по инициативе Никиты Сергеевича Хрущёва. Значительно сократилось количество приходов, уменьшилась штатная численность священнослужителей. Однако в трудных условиях Леониду удалось обеспечить нормальную епархиальную жизнь. Он служил в кафедральном соборе в воскресные и праздничные дни, присутствовал на всех церковных службах и в будни. 9 апреля 1962 г. Леонид был назначен епископом Можайским, викарием Московской епархии и одновременно председателем Хозяйственного управления Московской патриархии, а также настоятелем патриаршего Богоявленского собора в Елохове. 29 апреля 1962 г. был возведён в сан архиепископа. 11 мая 1963 г. награждён правом ношения креста на клобуке. Помимо архипастырского служения продолжал заниматься научной деятельностью. В 1963 г. избран почётным членом Московской духовной академии. В 1964 г. ему была присуждена учёная степень доктора церковной истории за сочинение «Афон в истории русского монашества. Духовно-нравственные связи XI–XVIII вв.». Занимая важную должность в Московской патриархии, Леонид оказывал сопротивление действиям государственных властей по разрушению церкви. Как писал о том времени церковный деятель Анатолий Эммануилович Левитин-Краснов, «Единственным нежелательным для властей лицом в высшей иерархии в Москве оставался архиепископ Леонид Поляков, человек высокообразованный, безупречно порядочный и глубоко религиозный». Принципиальный, инициативный и деятельный архиерей, известный благодаря своим учёным трудам и блестящим проповедям, активно привлекавший к церкви молодёжь, Леонид вызывал беспокойство властей. Совет по делам РПЦ оказывал давление на патриархию, требуя удаления Леонида из Москвы. 4 августа 1963 г. Леонид был назначен архиепископом Ярославским и Ростовским с освобождением от должности председателя Хозяйственного управления и настоятеля Богоявленского собора. Управлял Ярославской кафедрой меньше года, после чего под давлением Совета по делам РПЦ было принято решение о его переводе на более удалённую кафедру. 20 мая 1964 г. был назначен архиепископом Пермским и Соликамским. После устранения в октябре того же года от власти Н.С. Хрущёва в церковных кругах возникли определённые надежды на возможность отмены принятой под давлением властей архиерейским Собором РПЦ 18 июля 1961 г. реформы приходского управления, которая отстраняла духовенство от управления приходами. В ноябре 1964 г. состоялась встреча Леонида с прибывшими в Пермь архиепископами Калужским Ермогеном (Голубевым) и Казанским Михаилом (Воскресенским). Архиереи обсудили совместные действия по исправлению ситуации в управлении приходами.