Dann wird Otto I. in sein Bistum zurückgerufen. Auch hier bewährt sich der Kirchenmann und erhält zum Dank zahlreiche Schenkungen vom Kaiser. Otto I. baut den Dom wieder zu einem herrschaftlichen Gotteshaus aus, baut die Benediktinerkirche am Michaelsberg neu auf – und reformiert die bischöflichen Klöster in seiner Diözese. Der Bamberger Oberhirte förderte besonders die Reformbewegung des schwäbischen Benediktinerklosters Hirsau, einer Gründung Clunys. Indem er Klöster gründete und sich an Stiftungen beteiligte, ordnete der Bischof diese Klöster seinem Herrschaftsbereich unter und begrenzte den Einfluss adeliger Herrscher. Mit einer Bulle nimmt Papst Innozenz II. auf Ottos Bitte alle Besitzungen und Neuerwerbungen der Bamberger Kirche unter seinen Schutz. Otto I. betrieb aber nicht nur Territorialpolitik – auch die Kultur blühte zu seiner Zeit: Die Schreibschule am Michaelsberg ist bekannt, hier erhalten prominente Männer wie zum Beispiel Meginhard – der spätere Erzbischof von Prag - ihre Ausbildung. Hier entstehen auch die Otto-Viten der Verfasser Ebo und Herbord und der Hirsauer Mönch Ekkehard setzt die Arbeit an einer Weltchronik des Michelsberger Mönches Frutolf fort. Außerdem trieb Otto I. die Sorge um die Schwachen der damaligen Gesellschaft: Arme, Kranke, Witwen und Waisen. Für sie veranlasste er den Bau des Egidien- und Gertrudenspitals.

Am 30. Juni 1139 stirbt Otto I. und wird im Kloster Michaelsberg begraben. Seine Heiligsprechung erfolgt 50 Jahre später im August 1189 in Würzburg. Das Hochfest des Heiligen wird bis heute im Erzbistum Bamberg am 30. September begangen. Otto I. ist damit der erste und bislang einzige Bamberger Oberhirte, der heilig gesprochen wurde.

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