1 ноября 1946 года в капелле краковского архиепископского дворца архиепископ Сапега посвятил Кароля Войтылу в священники. Молодой помощник священника Краковской епархии через несколько дней, следуя указанию своего архипастыря, уехал в Рим, в город, являющийся столицей мирового католицизма, а также носителем той католической церковной культуры, без усвоения которой клирик вряд ли может подняться над провинциализмом и мыслить категориями мировой церкви.
Последующие два года пребывания в Риме открыли новую главу в жизни «свежепосвященного», никогда не выезжавшего за пределы Польши молодого священника. Он продолжил свое образование в «Ангеликуме», доминиканском университете Святого Фомы. Главный круг его интересов составляли философия и этика; в первую очередь он основательно изучал этику, можно сказать, до самого его избрания папой.
Летом 1948 года Кароль Войтыла вернулся из римской научной командировки в Краков. В 1949 году он защитил на теологическом факультете Ягеллонского университета написанную им в Риме докторскую диссертацию по тематике моральной теологии. Однако архиепископ в соответствии со старым мудрым правилом заслал для начала молодого доктора в захолустный сельский церковный приход капелланом, то есть на должность помощника священника. Однако пребывание в роли сельского капеллана не было ссылкой, а явилось лишь коротким эпизодом на пути Войтылы, готовившего себя к теоретической деятельности. Но фактом является и то, что, побывав сельским духовным пастырем, он имел возможность узнать жизнь тогдашней польской деревни, жизнь глубоко верующего крестьянства, его повседневные заботы, а также и саму польскую церковь «взглядом снизу».
Через год, в 1949 году, архиепископ Сапега вернул Войтылу в Краков, и начиная с этого момента и вплоть до его избрания папой Кароль Войтыла был в центре интеллектуальной жизни этого города. Его первое назначение здесь было связано с воспитанием молодежи: архиепископ назначил его руководителем духовно-пастырской работы в университете. 1951 год принес новый поворот в жизни Войтылы: он приступил к изучению философской антропологии немецкого философа Макса Шелера. Так, начиная с 1951 года он в течение двух лет слушал лекции по этике на теологическом факультете Ягеллонского университета. Войтыла несомненно продвинулся и в научной работе и на основе своих исследований Шелера в 1953 году выдержал конкурс на приват-доцента в Люблинском католическом университете. В эти годы им опубликовано много научных работ. В 1954 году он принял предложение возглавить институт этики Люблинского университета (руководство институтом он осуществлял из Кракова). Войтыла зарекомендовал себя отличным профессором, который наряду с преподаванием продолжал заниматься научной работой, литературой и духовно-пастырской деятельностью. Папа Пий XII 2 июля 1958 года присвоил Каролю Войтыле сан титулярного епископа, и Войтыла стал помощником тогдашнего епископа-администратора Краковской апостолической епархии. Будущий папа стал, таким образом, епископом сравнительно молодым — в 38 лет. В качестве помощника епископа большой Краковской епархии он должен был выполнять управленческие функции. В этой ипостаси епископ Войтыла смог детально познакомиться со сложным механизмом управления церковью и в ходе посещений церковных приходов — со всей епархией, с ее повседневной пасторской действительностью, а благодаря этому — с польской католической церковью и с подлинной картиной «реального социализма».