El 20 de julio de 2024, en la Santa Iglesia Catedral de Tui fue ordenado obispo y tomó posesión de su cargo como prelado de la diócesis de Tui-Vigo.
En su lema episcopal, «Caritas Christi urget nos», D. Antonio Valín explica que esta frase «nos recuerdan que el amor de Dios, manifestado en Cristo, es el lugar desde el que acercarnos y abrazar al mundo entero. Este amor es lo que llena nuestros corazones y lo que nos impulsa a anunciar el Evangelio y el Reino de Dios».
Saludo de Mons. Antonio Valín Valdés, nuevo obispo de Tui-Vigo, a la diócesis