Son évêque, Mgr Taberd, le rejoignit dans cette ville, et, l'ayant choisi pour coadjuteur, il le sacra évêque de Métellopolis le 3 mai 1835.
Le 21 juin suivant, Cuenot repassa en Cochinchine. En l'absence du vicaire apostolique, qui ne put jamais rentrer dans ce pays, il gouverna la mission, tout en se dissimulant de son mieux dans les chrétientés les plus sûres, principalement à Go-thi et à Gia-huu. Il s'occupa particulièrement du clergé indigène et fit rétablir deux séminaires ; en quelques années, il augmenta notablement le nombre de ses prêtres.

En 1839, le Souverain Pontife lui envoya deux brefs : le premier, Quod nuncia (Jus Pont. de Prop. Fid., v, p. 219), du 4 août, qui louait les chrétiens de Cochinchine de leur courage à supporter la persécution ; le second, Apostolatus officium (Jus Pont. de Prop. Fid., v, p. 225), du 10 décembre, qui lui donnait le droit de se choisir un coadjuteur.

Taberd étant mort le 31 juillet 1840, Cuenot devint vicaire apostolique. Pour faciliter l'instruction des prêtres indigènes, il composa à leur intention, en 1841, un précis des principales lois de l'Église telles qu'elles devaient être appliquées en Cochinchine. La même année, en mai, il tint un synode à Go-thi, où furent établies des règles uniformes de conduite. Le 1er août suivant, il sacra Mgr Lefebvre, qui devait être son coadjuteur jusqu'en 1844.
Quoiqu'il ne sortît guère des deux chrétientés qui l'abritaient, il exerça une influence considérable dans son vicariat ; par de nombreuses lettres, il stimula le courage de ses collaborateurs, et les incita à ne pas négliger les travaux de théologie ; il raffermit les fidèles dans leur foi et les poussa au prosélytisme ; enfin, il fit commencer l'évangélisation des sauvages des montagnes de l'ouest. En même temps, il rédigea avec un très grand soin les actes des confesseurs et des martyrs de la Cochinchine.

Quoique très occupé par les affaires de son vicariat, toujours sous le coup de la persécution, il étudiait et donnait fréquemment son opinion sur la marche de la Société des M.-E. ; et comme, à cette époque, il était question de la révision du Règlement général, il exposa à plusieurs reprises ses vues sur ce sujet.
En 1854, il faillit être arrêté ; le dévouement des chrétiens le sauva. Peu à peu ses forces déclinèrent, il ressentit les premiers symptômes de l'anémie cérébrale ; mais sa volonté de rester à son poste ne fléchit pas, et à toutes les instances faites par ses missionnaires pour qu'il s'éloignât, il répondait : « Le bon Pasteur donne sa vie pour ses brebis. » Quand il apprit l'occupation de Saïgon par les Français, et le redoublement de persécution qui s'en suivit dans les pays annamites, il voulut que son provicaire, Herrengt, quittât la mission pour se mettre en sûreté ; lui demeura à Go-thi.

En 1861, sur la nouvelle que des perquisitions devaient être effectuées dans cette paroisse, il se réfugia à Go-boi, chez une chrétienne ; il y fut presque aussitôt recherché par le sous-préfet, et, après être demeuré dans une étroite cachette pendant un jour et demi, sans nourriture, il se livra lui-même. C'était le 28 octobre. Il fut emmené à Binh-dinh avec plusieurs fidèles, et enfermé dans l'écurie des éléphants de guerre, où bientôt il tomba gravement malade. Il succomba le 14 novembre 1861, vers minuit. Il venait d'expirer, quand arriva l'ordre du roi Tu-duc de le décapiter : « pour avoir commis le crime de prêcher la religion chrétienne ». Cet ordre ne fut pas exécuté. 

En 1862, Tu-Duc prescrivit de jeter à la mer les cadavres des catholiques morts en prison, et porta par un décret spécial la même sentence contre l'évêque. Le corps de Mgr Cuenot fut exhumé ; quoique dans un terrain humide depuis plusieurs mois, il était resté frais et souple, les cheveux et la barbe étaient intacts ; il fut jeté au fleuve près du hameau de Phong ; il n'a jamais pu être retrouvé, malgré les recherches des chrétiens.

Étienne-Théodore Cuenot a été béatifié en 1909 par saint Pie X (Giuseppe Melchiorre Sarto, 1903-1914) et canonisé, avec 116 autres martyrs, par saint Jean-Paul II (Karol Józef Wojty?a, 1978-2005), le 19 juin 1988, lors d'un de ses voyages en Asie.

Les 117 Saints Martyrs Vietnamiens peuvent être classés comme suit :

- 11 Espagnols, tous de l'ordre des Frères prêcheurs (Dominicains) : 6 évêques et 5 prêtres.
- 10 Français, tous de la Société des Missions Étrangères de Paris : 2 évêques et 8 prêtres.
- 96 Vietnamiens : 37 prêtres (dont onze Dominicains), 59 laïcs (parmi eux un séminariste, seize catéchistes, dix du Tiers Ordre dominicain et une femme).

Ils sont commémorés tous ensemble le 24 novembre (Sts André Dung-Lac et 116 compagnons martyrs - Mémoire -) et individuellement à la date de leur martyr.

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