24 lutego 1743 miała miejsce jego chirotonia na biskupa wiackiego i wielkopermskiego. Jako biskup wiacki odremontował miejscowy sobór katedralny i osobiście go wyposażył. W 1744 donosił Synodowi o budowie meczetów w sąsiedztwie wiosek ostiackich i ubiegał się o ich rozbiórkę. W roku następnym biskup popadł w konflikt z wojewodą Pisariewem. W 1746 wyszło natomiast na jaw, że biskup Warłaam odbierał monasterowi Przemienienia Pańskiego w Pyskorsku jego dochody, więził przełożonego klasztoru i nakazał wychłostać jego ekonoma hieromnicha Gabriela. Od sprawy sądowej uchroniła hierarchę caryca Elżbieta. Biskup Warłaam został jedynie usunięty z katedry i musiał zamieszkać w Ławrze Aleksandra Newskiego w Petersburgu.
W 1748 objął katedrę wielkoustiuską i totiemską. W nowej eparchii wzniósł kilka nowych świątyń. W 1754 przekazał 2 tys. rubli na odlanie dzwonu dla soboru katedralnego w Wielkim Ustiugu. Dzwon ten nazwano następnie jego imieniem. W celu poprawy poziomu wykształcenia duchowieństwa swojej eparchii biskup Warłaam nakazał wszystkim duchownym nauczyć się na pamięć Elementarza i Skróconego katechizmu Teofana (Prokopowicza).