Após anos de dedicação ao sacerdócio, Dom Leme foi nomeado bispo auxiliar do Rio de Janeiro em 1911. Seu trabalho foi marcado pelo esforço em expandir a atuação da Igreja no Brasil, fortalecendo a educação católica e incentivando a participação dos leigos na vida eclesial.

Em 1927, o Papa Pio XI nomeou Dom Sebastião Leme como Cardeal, tornando-o um dos principais líderes da Igreja no Brasil. Durante seu cardinalato, trabalhou pela união entre Igreja e Estado, defendendo a valorização dos princípios cristãos na política e na educação.

Uma das maiores contribuições do Cardeal Leme para a história do Brasil foi seu papel fundamental na construção do Cristo Redentor, símbolo do catolicismo e da cidade do Rio de Janeiro. A ideia de erguer uma grande estátua de Jesus Cristo no alto do Corcovado surgiu no século XIX, mas foi com a liderança de Dom Sebastião Leme que o projeto ganhou força. Ele mobilizou a sociedade brasileira e a Igreja Católica para arrecadar fundos, incentivando doações de fiéis e buscando apoio do governo. Em 1931, após anos de planejamento e trabalho, a estátua foi inaugurada, tornando-se um dos monumentos mais icônicos do mundo.