От архиерея требовалось немало мудрости, такта и упорства, чтобы руководить духовенством, среди которого было немало вчерашних униатов, вести миссионерскую работу, по мере сил сопротивляясь требованиям уполномоченных Совета по РПЦ, всячески ограничивавших влияние церкви на население. Постоянной заботой Варлаама были обеспечение приходов духовенством, повышение уровня подготовки клириков. Епископ организовал православные курсы, на которые в 1945/1946 гг. было принято 40 человек, заботился о благолепии церковной службы, стараясь очистить её от заимствований из католического богослужения, доходчиво проповедовал, чему способствовало прекрасное знание украинского языка. В январе 1946 г. награждён медалью «За доблестный труд в годы Великой Отечественной войны». Постановлением Священного Синода от 3 января 1946 г. перемещён на Волынскую и Ровенскую кафедру. Одной из главных забот Варлаама в период его пребывания в Волынской епархии было возвращение к церковнославянскому языку в богослужении. Для исследователей представляет интерес составленная им и поданная патриарху Алексию I докладная записка «Богослужение на Волыни». Постановлением Священного Синода от 3 июня 1948 г. переведён на Каменец-Подольскую и Проскуровскую кафедру, 30 января 1952 г. – на Измаильскую и Болградскую. Создал при кафедральном соборе двухнедельные курсы для духовенства, в большинстве своём не имевшего духовного образования, через которые прошло более половины священников епархии. 6 марта 1954 г. назначен епископом Хмельницким и Каменец-Подольским, в 1957 г. возведён в сан архиепископа и перемещён на Мукачевскую и Ужгородскую кафедру. В 1961 г. назначен архиепископом Минским и Белорусским, в следующем году удостоен права ношения креста на клобуке, в мае 1963 г. награждён орденом св. князя Владимира. Краткий период служения Варлаама в пределах Белорусской ССР совпал с новой сильной волной гонений на церковь: в республике было закрыто около 500 храмов, прекратились занятия в Минской духовной семинарии, под угрозой закрытия оказался единственный на всю республику Жировицкий в честь Успения Пресвятой Богородицы женский монастырь. Варлаам перенёс инсульт, в конце 1963 г. по благословению патриарха Алексия I удалился на покой. Погребён на городском кладбище в Киеве.