Monseñor Mansilla fue nombrado obispo auxiliar del arzobispo de Burgos en 1958 y seis años despés, en 1964, el Papa le designó obispo de Ciudad Rodrigo, hasta 1988, año en el que se trasladó a vivir a Burgos, su tierra natal.

Demetrio Mansilla, que nació en el municipio burgalés de Los Ausines en 1910, participó en todas las seisiones del Concilio Vaticano II.