Diecezja Mantui określana była jako „trudna”. Na czele tej diecezji zawiodło już dwóch nieprzejednanych biskupów: ks. Pietro Rota (S. Prospero, Reggio Emilia, 1805-Rzym, 1890) w latach 1871-1879 oraz mons. Giovanni Maria Berengo (Wenecja, 1820 – Udine, 1896) w latach 1879-1884. Pierwszy zrzekł się Biskupstwa Mantui, a drugi został „awansowany” na stolicę Udine.
Środowisko miejskie charakteryzowało się ogólną niewiarą, sekciarstwem, „wściekłym” antyklerykalizmem, podsycanym przez aktywną obecność masonerii. Co więcej, w środowiskach kulturalnych przenikały idee inspirowane scjentyzmem, racjonalizmem i pozytywizmem.
Przywódca włoskiego pozytywizmu Roberto Ardigò (1828-1920), profesor seminarium mantuańskiego i kanonik, zrzucił sutannę w 1871 r. Jest to najbardziej znany i najbardziej emblematyczny przypadek, ale już w poprzednim roku 10 księży przestało nosić swój strój duchowny.

Biskup Sarto natychmiast przystąpił do „ odbudowy” seminarium, które zostało zamknięte na kilka lat między 1870 a 1880 rokiem, ale już w 1886 roku kuracja Sarto przyniosła pierwsze owoce.
Kolejnym celem, na którym natychmiast się skupił, była „odbudowa” lokalnych wspólnot parafialnych z kościelnego punktu widzenia zgodnie z liniami duszpasterskimi, które zostały już wdrożone i szeroko przetestowane w Wenecji Euganejskiej, koncentrując się na aktywnym życiu sakramentalnym i nauczaniu doktryny chrześcijańskiej. Ta rekonstrukcja z religijnego punktu widzenia miała mieć również reperkusje we współczesnej rekonstrukcji z cywilnego punktu widzenia społeczeństwa Mantui, zaniepokojonego anarchiczno-socjalistycznym ruchem „La boje” .
18 sierpnia 1885 r. nowy biskup zwołał wizytację duszpasterską diecezji (drugą rozpoczęto 25 maja 1889 r.). Różne były pola, na których jego religijne i reformatorskie działania dały się odczuć.

W dziedzinie katechezy i doktryny chrześcijańskiej już 12 października 1885 r. nakazał utworzenie w każdej parafii Szkoły Doktryny Chrześcijańskiej, a we wszystkie niedziele i święta obowiązkowe objaśnianie katechizmu ludowi i dzieciom. Czasami prowadził katechezy w zastępstwie proboszcza, który z jakiegoś powodu nie mógł tego robić, lub w parafiach bez kapłana, i uważnie obserwował, czy i jak nauczanie katechetyczne jest prowadzone w parafiach.

Inną dziedziną, w której aktywnie interweniował, była muzyka sakralna, ponieważ taka muzyka w Mantui, podobnie jak w regionie Veneto, była teatralna i melodramatyczna. 15 października 1887 r. zwolnił wszystkich śpiewaków katedralnych i założył szkołę dla śpiewaków seminaryjnych. Pod koniec swojej kadencji biskupiej w Mantui spotkał bardzo młodego Lorenzo Perosiego (1872-1956), który opowiedział mu o muzyce słynnego opactwa Solesmes, francuskiego benedyktyńskiego centrum chorału gregoriańskiego. Jako biskup zalecał chorał i starał się go spopularyzować, aby mógł być śpiewany podczas celebracji liturgicznych.
Wiele napisano na ten temat, ale oto jego przemyślenia na ten temat: „Tematem, który należy polecić, jest chorał gregoriański, a zwłaszcza sposób jego śpiewania i popularyzacji. Och, gdyby można było osiągnąć to, że wszyscy wierni, śpiewając Litanie Lauretanæ i Tantum Ergo, śpiewają stałe części Mszy: Kyrie, Gloria, Credo, Sanctus, Agnus Dei. Byłoby to dla mnie najpiękniejsze z osiągnięć Muzyki Sakralnej, ponieważ wierni, prawdziwie uczestnicząc w Świętej Liturgii, zachowaliby pobożność i nabożeństwo”.

Ta sama koncepcja została powtórzona kilka lat później. „Wyobrażam je sobie”, pisał do x. Giuseppe Callegariego w okresie weneckim, kiedy opracował już głębszą strategię w tym względzie, »tysiąc głosów śpiewających Mszę Anielską w wiejskim kościele […] i pozostaję zachwycony, tak jak śpiewy ludu w Tantum Ergo, Te Deum i Litaniach zawsze zachęcają mnie do pobożności i wolę je od muzyki polifonicznej, która nie jest dobrze prowadzona«.

Impuls do reformy diecezji doprowadził również do zwołania synodu diecezjalnego, który nie odbył się w diecezji Mantua od około dwóch stuleci: zwołany 16 lutego 1887 r., został przeprowadzony od 10 do 12 września 1888 r., a tym samym diecezja Mantua dała sobie Magna Charta, która zaktualizowała jej życie religijne i usunęła to, co przypadkowo nagromadziło się od XVIII wieku do 1887 roku bez żadnego prałata dokonującego niezbędnych wyborów duszpasterskich.

Wzywał swoich proboszczów, aby byli niestrudzonymi promotorami częstej i codziennej komunii, ze szczególnym naciskiem na dopuszczanie dzieci do stołu eucharystycznego.

Był szczególnie wrażliwy na problemy emigracji, która w latach 80. wykrwawiała włoską wieś: starał się powstrzymać falę migracyjną w kierunku krajów transoceanicznych, a tam, gdzie nie mógł, dbał o to, by parafie były blisko swoich odległych parafian.
Podobnie jak w Wenecji Euganejskiej, w Mantui prowadził proste życie: otaczał się niezamężnymi siostrami, które zajmowały się obowiązkami domowymi. Zawsze był blisko ubogich, wspierając ich materialnie.

Prawie dziewięć lat spędzonych w Mantui przyniosło w dużej mierze pozytywny bilans: diecezja została odbudowana i mocno osadzona na odnowionych fundamentach. Działania duszpasterskie Sarto, na które patrzono z rosnącym podziwem, wzbudziły uznanie i zaszczyty: rzeczywiście, wyjątkowy obserwator „czuwał” nad biskupem Sarto z Rzymu, a mianowicie mantuański kardynał Lucido Maria Parocchi, ten sam człowiek, który konsekrował go na biskupa, wikariusz Leona XIII. Ten ostatni opisał go jako „najlepszego biskupa w Lombardii”. Zaproponowano mu purpurę kardynalską. Odmówił. Ale sekretarz stanu, Mariano Rampolla del Tindaro, uświadomił mu, że pozostanie przy tym pomyśle mogłoby spowodować poważne niezadowolenie papieża.
Więc w końcu się zgodził. Zaszczyt ten przypadł mu zatem za zasługi zdobyte na polu w Mantui, a nie dlatego, że został awansowany na patriarchę Wenecji, tradycyjnie kardynalskiej siedziby. Został wybrany kardynałem Mantui, z tytułem z tytułem S. Bernardo alle Terme, na tajnym konsystorzu 12 czerwca 1893 r., a trzy dni później, 15 czerwca został promowany na patriarchę Wenecji. Stolica ta
pozostawała nieobsadzona przez półtora roku po śmierci kard. Domenico Agostiniego, patriarchy w latach 1877-1891, z powodu odrzucenia kilku biskupów, ale musiało minąć jeszcze 15 miesięcy, zanim Bp J.Sarto mógł objąć władzę. – z powodu sprzeciwu Francesco Crispi, który sprzeciwiał się prawu królewskiej nominacji dla Patriarchatu Wenecji…

Dopiero 5 września 1894 r. król podpisał dekret, a 24 listopada 1894 r. Sarto mógł objąć urząd w katedrze Świętego Wawrzyńca Justiniani. Wenecjanie powitali go z wielkimi uroczystościami: być może brakowało tylko administratorów miasta laguny, o tendencjach liberalno-demokratycznych, którzy z tej okazji zamknęli ratusz.