Am 25. Juni 2010 ernannte ihn Papst Benedikt XVI. zum 26. Bischof von Brügge.[3] Die Amtseinführung fand am 10. Juli desselben Jahres statt.
Papst Franziskus ernannte ihn am 6. November 2015 zum Erzbischof von Mecheln-Brüssel und zum Belgischen Militärbischof.[4] Bereits 2010, nach der Emeritierung von Godfried Kardinal Danneels, galt er als Kandidat für die Nachfolge im Erzbistum Mecheln-Brüssel.[5] Die Amtseinführung De Kesels fand am 12. Dezember 2015 statt.
De Kesel spricht sich für die Priesterweihe verheirateter Männer aus.[6]
Im April 2018 forderte De Kesel öffentlich, dass die Katholische Kirchenleitung Sex unter homosexuellen Paaren respektieren müsse, und die Forderung nach Enthaltsamkeit nicht mehr haltbar sei. Die Sexualität müsse „im Kontext einer Beziehung geschehen, in der Ehrlichkeit, Verlässlichkeit und Verbindlichkeit im Mittelpunkt stehen“, äußerte De Kesel. Zudem forderte er die Ermöglichung eigener Gottesdienstformen für gleichgeschlechtliche Paare. Die öffentliche Segnung gleichgeschlechtlicher Paare und deren religiöse Eheschließung schloss er jedoch aus.[12]
Am 22. Juni 2023 nahm Papst Franziskus seinen altersbedingten Rücktritt als Erzbischof von Mecheln-Brüssel an.[13] Am 28. Juni desselben Jahres wurde De Kesel durch Luc Terlinden auch als Belgischer Militärbischof abgelöst.[14]
Biografische Notiz zu Kardinal De Kesel In: Presseamt des Heiligen Stuhls: Documentation – The College of Cardinals, abgerufen am 5. März 2023 (englisch)