Sancha se encontraba en Santiago, entregado de nuevo a sus ocupaciones, cuando recibe un telegrama del capitán general anunciándole que había sido presentado para obispo auxiliar de Toledo con residencia en Madrid, a petición del cardenal arzobispo, don Juan de la Cruz Moreno Maisonave. Sancha le contesta, también por telegrama, como le había pedido el capitán general, y le notifica que acepta, "sometiéndose en todo a lo que disponga el Sumo Pontífice".
En enero de l876 sale de Santiago de Cuba para la Península, llegando a Madrid muy probablemente el 24 de febrero. Es consagrado obispo por el Cardenal Moreno el 12 de marzo de 1876 en la real iglesia de San Isidoro, de Madrid. Fijó su residencia en las dependencias que tenían para el capellán las austeras monjas capuchinas de Madrid. Por otra parte, el Sr. Orberá y Carrión es nombrado obispo de Almería.
El arzobispo Moreno comunica a todos el nombramiento del nuevo obispo auxiliar, le presenta a la diócesis con grandes elogios y determina las competencias que ha puesto en sus manos. Todo en un ambiente de gran confianza y esperanza para el bien de la capital de España y de la amplia diócesis de Toledo. Hasta el rey Alfonso XII confía al obispo auxiliar la formación moral y religiosa de las infantas Pilar, Paz y Eulalia.
Una de las tareas más importantes que el cardenal Moreno le encarga, "confiando profundamente en el celo ardiente y harto notorias dotes de su obispo auxiliar", es la visita pastoral. Con fecha 26 de agosto de l876 el cardenal publica un decreto por el que pone en manos de su obispo auxiliar la realización de la visita. Sancha, consciente de la gran importancia que tiene este trabajo en la vida de la Iglesia, pone manos a la obra sin regatear esfuerzos de ninguna clase. De hecho a los tres meses, el l7 de noviembre escribe en carta a su religiosas de Cuba: "Hace ocho días que he llegado de la santa pastoral visita, en la que he estado dos meses, a caballo por los montes y malos caminos. En algunos pueblos hacía 68 años que no habían visto a un obispo, y me llamaban el Sr. confirmador, pero muy buena gente, y no sabían qué hacer conmigo… Sea Dios bendito que todavía conserva la fe en los pueblos, a pesar de los tiempos tan malos".
En estos años de forma frecuente da respuesta a cuestiones que le presenta la nunciatura apostólica. Se le ve siempre en disposición humilde e incondicional para atender a lo que disponga la Santa Sede. Concretamente, el obispo Sancha contesta a una consulta que le hace el Nuncio: "Aunque no me es dado hacer todo lo que pueden los ordinarios en sus respectivas diócesis, porque carezco de sus atribuciones, sin embargo estoy dispuesto a cooperar, en cuanto de mi dependa, a que se lleva a cabo la expresada peregrinación (famosa peregrinación a Roma) y me ofrezco muy gustoso para lo que V.S.I. juzgue que yo pueda, valga o deba hacer".
Entre las múltiples actividades que desarrolló durante estos años, se recoge en la Positio : "colaboró con Vicenta María López Vicuña en la fundación de las Religiosas de María Inmaculada (l876); intervino en la adquisición de un terreno en Chamberí (Madrid) para la casa noviciado de las Siervas de María; tuvo parte en la iniciativa y construcción del templo dedicado a María Santísima de la Almudena en Madrid; dirigió la traducción al castellano, de su original francés, del libro "Jesucristo", y escribió, para su publicación en España, una carta-prólogo; firmó con otros obispos, como miembro de la Unión Católica, un documento dirigido al gobierno en protesta por la ley de enseñanza promulgada por el ministerio de Fomento en marzo de l881, que pretendía "arrancar de la Iglesia la facultad de enseñar que por naturaleza y fin propio tiene"; elaboró las bases para la creación de un instituto de enseñanza católica, en Madrid, bajo la dirección de los obispos, cuyo presidente sería el cardenal primado…"
