Но на церковной карьере Кароля Войтылы это не сказалось. Семинария, в которой он учился, была переведена на легальное положение. Кароль успешно сдал все экзамены, и 1 ноября 1946 года кардинал Сапега в своей личной капелле посвятил Кароля Войтылу в священнослужители Римско-католической церкви.
Свою первую мессу Войтыла отслужил в кафедральном соборе Кракова, среди склепов польских королей и национальных героев. Затем Войтыла отправился на учебу в Рим и поступил на философский факультет Доминиканского университета «Angelicum».
В 1948 году молодой священник вернулся на родину, где выполнял функции викария в приходе в селе Неговицы. Через некоторое время он вернулся в Краков, где получил один из городских приходов. В 1953 году Кароль Войтыла получил степень доктора богословия на теологическом факультете университета Кракова. Какое-то время он преподавал социальную этику в Краковской духовной семинарии.
В эти годы, как и во времена студенчества, у будущего папы проявилось пристрастие к поэзии. Он сочиняет стихи, которые публикует в католической газете «Tygodnik powszechny» и журнале «Znak» под псевдонимами Анджей Явень и Станислав Анджей Груда. Некоторые из произведений Кароля Войтылы впоследствии были переведены на многие языки, в том числе и на русский. В это же время Войтыла занимается драматургией. Среди основных драматических произведений — «Золотых дел мастера», «Брат нашего Бога», «Роковая весть», наиболее известные художественные прозаические тексты — «Любовь и ответственность», «Личность и деятельность», «Переступив порог надежды». Его пьесы имели довольно большой успех у краковской публики, а «Лавка ювелира» обошла театральные подмостки нескольких стран.
Тем временем церковная карьера Войтылы продвигалась. В 1956 году он был назначен заместителем профессора в Люблинском католическом университете и в следующем году получил должность доцента. В июле 1958 года по назначению папы Пия XII Кароль Войтыла стал викарным епископом Краковского архиепископства. Достаточно высокая должность не мешала Каролю Войтыле заниматься спортом, путешествовать, общаться с друзьями. Сообщение о том, что папа Пий XII возводит его в епископское достоинство, застало отца Войтылу в байдарочном походе! В возрасте 38 лет он стал самым молодым епископом в истории Польши. А 28 сентября 1958 года он был рукоположен в сан епископа. Церемония прошла в Вавельском кафедральном соборе. Кароля Войтылу не оставляло желание создать что-то новаторское и недогматичное. Самым интересным из его нововведений было решение предоставить возможность специальному комментатору разъяснять пастве глубинный смысл некоторых священнодействий. Однако архиепископ Кракова Базяк отказался менять сложившиеся вековые традиции. Единственное, чего добился Войтыла, это особенная мирта — совсем маленькая, хотя более популярными были высокие мирты, считавшиеся торжественными и величественными.
Спустя шесть лет папа Павел VI назначил Войтылу архиепископом и митрополитом Кракова, а 29 мая 1967 года Кароль получил из рук папы пурпурную кардинальскую шапочку.
Все эти продвижения Войтылы по церковной иерархии происходили на фоне непрекращающегося противостояния католической церкви и коммунистических властей Польши. Будучи не в силах запретить религию в глубоко католической стране, власти пытались любым способом отпугнуть людей от церкви, дискредитировали священников в глазах общества. Попал под огонь критики со стороны властей и Войтыла. Накануне Второго Ватиканского собора Войтыла вместе с другими польскими церковными иерархами направил письмо в адрес немецких католиков, озаглавленное «Мы прощаем и просим прощения». Фактически это был призыв к миру между польским и немецким народами, призыв к миру после закончившейся уже два десятка лет назад войны. Коммунистические польские власти организовали массированную кампанию против авторов письма. В частности, в газетах появилась заметка, якобы написанная рабочими Кракова и адресованная в том числе Каролю Войтыле. Она называлась «Не забудем и не простим». Помимо перечислений потерь польского народа в годы войны, включая и тысячи погибших с ведома немецких священников, там говорилось, что рабочие разочарованы предательством польского народа со стороны высших иерархов церкви. Естественно, появление такого текста было невозможно без вмешательства польских спецслужб, тем более что первоначальное письмо польских епископов, послужившее поводом для столь гневной реакции, в Польше вообще не было опубликовано и рабочие не могли о нем узнать. Свои убеждения Войтыла отстаивал в неоднократных обращениях к верующим, из которых следовало, что он придерживается прежних позиций, считая, что примирение необходимо, и не собирается идти на компромисс. Власти почувствовали, что им не удастся запугать успевшего уже стать авторитетным священнослужителя, и ослабили свое давление на него.
В 1966 году Польша отмечала тысячелетие принятия христианства. Власти как могли мешали организации торжеств, запретили приезд в страну папы Павла VI, не позволяли выставлять иконы в публичных местах. Тем не менее празднование прошло на должном уровне, а торжественную мессу у главной святыни польской католической церкви в Ченстохове было поручено отслужить Каролю Войтыле.
В эти годы имя молодого (по церковным меркам) архиепископа Войтылы стало известно и за пределами Польши. Он был вице-президентом Польской епископской конференции, членом постоянного секретариата Синода епископов Римско-католической церкви, участвовал в работе исторического Второго Ватиканского собора (1962–1965 годы), на котором произошло столкновение двух противоположных точек зрения на развитие католической церкви — консервативной и либеральной. По некоторым вопросам Войтыла занимал позиции, близкие либералам, по некоторым же был убежденным консерватором. В целом собор прошел под знаком перевеса либеральных настроений в католической церкви, и принятые им решения были направлены на улучшение имиджа церкви и ее приближение к нуждам быстро меняющегося общества.
18 февраля 1968 года Ватикан назначил Кароля Войтылу приходским священником церкви Святого Цезаря в Риме. Для того времени это было небывалым успехом для священника его ранга, тем более для кардинала-неитальянца. Значимость Войтылы постепенно росла, он стал оказывать довольно большое влияние на внутреннюю жизнь Ватикана, выполняя обязанности ответственного за связи Ватикана с общественностью. Так, 5 января 1969 года по заказу «Оссерваторе Романа» он написал статью «Истина энциклики Humanae Vitae», а уже к декабрю того же года, всячески способствуя развитию Польского теологического общества, помогает ему издать теологический труд «Личность и поступок» (впервые опубликовано в Кракове). Усилению авторитета Войтылы способствовали и его назначения: 15 марта 1969 года его избрали вице-президентом Епископальной конференции, тогда же он утвердил устав организации; с 28 августа по 1 сентября 1969 года состоялась официальная поездка кардинала в Канаду и Соединенные Штаты Америки.
1970-е годы явились для Кароля Войтылы важной вехой в его деятельности на благо католической церкви. 29 июня 1970 года он принимает участие в праздновании 50-летия священнической деятельности Папы Римского Павла VI, 17 октября 1971 года происходит церемония канонизации отца-чудотворца Кольбе. В это же время будущий понтифик участвует во Второй сессии Генерального Епископального Синода. По ходу заседаний он настолько умело сочетал в своих действиях либерализм (в теологических вопросах) и консерватизм (в принципиальных вопросах), что по окончании сессии был избран членом Совета Генерального Епископального Синода.
Внешнеполитическая деятельность Войтылы продолжалась. Он всячески помогал католической церкви в коммунистической Польше, его стараниями, например, была издана программная книга польского теологического общества «В основе обновления. Исследование о воплощении в жизнь решений II Вселенского собора».
Конец марта 1973 года — своеобразная рубежная дата в церковной карьере Кароля Войтылы. После участия в работе Святой Конгрегации по делам мира он удостоился личной аудиенции у Папы Римского Павла VI, после которой имел честь выступить с докладом на конгрессе, созванном по случаю семисотлетия Святого Фомы Аквинского (сейчас доктрина этого отца церкви является официальной доктриной Ватикана, сменив доктрину аскетизма Августина Блаженного). Следующим шагом стал доклад на Третьей сессии Епископального Синода, посвященный все тем же доктринальным вопросам (21 сентября — 26 октября 1974 года). Как видим, уже тогда будущий понтифик очень много внимания уделял вопросам католического культа, пытаясь обновить и уравновесить их в соответствии с реалиями современного мира. Эта заинтересованность вылилась в активное участие в Святой Конгрегации по делам католического воспитания — в будущем это станет основой для работы с молодежью.
Далее следовал новый черед поездок — в Германскую Демократическую Республику, потом — в США. Также шла подготовка к новой Апостольской конституции (для религиозных доктринальных исследований) — Войтыле поручили возглавить польскую делегацию. Ватикан очень заинтересовался сравнительно молодым образованным священником: после его вступительной лекции в Римском конгрессе по философии («Теория и практика: тема человеческая и христианская») польскому кардиналу было разрешено председательствовать во время работы Третьей сессии Совета Генерального Секретариата Епископального Синода ввиду отсутствия действительного председателя — кардинала Сапера.
Высоко оценивались и научные исследования Кароля Войтылы, особенно в области теологии и догматики. 23 июня 1977 года университет И. Гуттенберга в Майнце присудил ему почетную докторскую степень (honoris causa), а уже через год он выступил со вступительной речью «Брак и любовь» на конгрессе, посвященном десятой годовщине католической энциклики «Humanae Vitae».
В августе 1978 года после смерти папы Павла VI Войтыла принял участие в конклаве, который избрал новым папой итальянца Альбино Лючиани, впервые в истории папства взявшего себе двойное имя Иоанн Павел I в честь двух своих предшественников — Иоанна XXIII и Павла VI. Иоанну Павлу I было 65 лет, и он считался относительно молодым папой. Тем неожиданнее стала его смерть, наступившая всего 33 дня спустя после избрания.