Достигнув совершеннолетия и решив всецело посвятить себя Богу, святой Прокопий попросил благословение родителей и поступил послушником в Вяземский Иоанно-Предтеченский монастырь, основанный преподобным Герасимом Болдинским († 1554; память 1/14 мая). Этот монастырь, расположенный вблизи Вязьмы, отличался строгостью устава, введенного его святым основателем. Вступив на путь монашеских подвигов, святой Прокопий стал с усердием подвизаться в посте, бдении и молитве. Неленостно исполняя возложенные на него монастырские послушания, он к обязательным трудам прилагал добровольные, стараясь никогда не быть праздным, читал наставления и жития святых отцов, стремясь в своей жизни подражать их подвигам.
На двадцать первом году жизни святой Прокопий был пострижен в монашество с именем Питирим. Через некоторое время он был рукоположен во иеродиакона и во иеромонаха.
Своей подвижнической жизнью молодой инок заслужил уважение монастырской братии и был избран игуменом. Опытный в духовной жизни, святой игумен умело управлял братией, милосердием и кротостью исправляя заблудших, примером своей жизни побуждал иноков к большему подвигу. В 1684 году он был возведен в сан архимандрита. Заботясь об укреплении в иноках духа строгого подвижничества, святой Питирим в своем служении проявил особую любовь к благолепию храмов. Под руководством мудрого наставника Предтеченская обитель достигла духовного расцвета.
Несмотря на всеобщее уважение, святой Питирим отличался глубоким смирением и кротостью. В своих трудах он все упование возлагал на помощь Божию. С 1681 года, когда Вязьма отошла к Смоленской епархии, в Предтеченском монастыре поселился викарный епископ Смоленского митрополита.
1 сентября 1684 года святой Питирим по благословению патриарха Иоакима (1674–1690) получил новое церковное послушание — был назначен на Тамбовскую кафедру. 15 февраля 1685 года в неделю блудного сына в Успенском соборе в Москве Святейший Патриарх Иоаким рукоположил его во епископа. Однако в Тамбов святитель отправился не сразу. Очевидно, на некоторое время он был оставлен при патриархе. Во время пребывания в Москве святитель Питирим изучил положение и нужды Тамбовской епархии и разработал план необходимых мероприятий для укрепления благочестия в своей пастве и распространения христианства среди иноверцев, в большинстве составлявших население того края.
Тамбовская епархия была образована незадолго до назначения на нее святителя Питирима — в 1682 году. Поэтому епархию населяли в основном люди, не просвещенные светом Христовой веры: язычники (мордва, черемисы, мещера), магометане (татары), а также раскольники. Среди населения было много ссыльных из центральной России и беглых преступников. Святителю Питириму предстояло бороться с язычеством, сектантством и грубостью нравов. Укрепив себя на предстоящий подвиг постом и молитвой и испросив благословение у мощей Московских святителей и чудотворцев и преподобного Сергия, святитель Питирим в начале 1686 года выехал в Тамбов. По пути он заехал в Воронеж для духовной беседы со святителем Митрофаном Воронежским (память 23 ноября/6 декабря и 7/20 августа). Торжественная встреча в первом городе епархии — Козлове — смутила смиренного святителя, поэтому в Тамбов он въехал с сопровождавшими его несколькими монахами и келейником Василием еще до восхода солнца, и лишь немногие благочестивые христиане встретили его в храме за ранним богослужением.
Из сохранившихся в записях дел святителя Питирима первым его делом по прибытии на Тамбовскую кафедру значится выдача во дни Святой Пасхи 1686 года грамоты Козловскому монастырю на построение каменного соборного храма во имя Святой Троицы. Повсюду стали строиться храмы, благолепному украшению которых святитель Питирим придавал особое значение. Дело это было особенно трудным из-за крайней нищеты населения. Умелое руководство и личная нестяжательность святителя позволили ему при малочисленных средствах достигнуть в этом деле значительных результатов. Только в Тамбове было построено несколько храмов — свой для каждой слободы города. После кончины святителя в епархии было 168 храмов.
Особую пастырскую заботу проявил святитель о монастырях. По его инициативе были построены и новые обители: женская Вознесенская в Тамбове (1692 г.), игуменией которой стала сестра святителя Екатерина, и мужская Тригуляевская во имя Крестителя Господня Иоанна (1691 г.) в семи верстах от Тамбова, в пустынном, окруженном лесами месте. Название эта обитель получила в связи с тем, что святитель Питирим любил уединение. Тонко ощущая красоту родной природы, которая возбуждала в нем чувство молитвенной благодарности к Творцу видимого мира, он при всякой возможности гулял в окрестностях Тамбова и в одиночестве предавался богомыслию. Однажды (15 сентября 1688 года) он, совершая прогулку с навестившим его святителем Митрофаном Воронежским и благочестивым иноком Иннокентием, просил у них совета о выборе места для построения обители. Все трое пришли в уединенное место, которое и благословили для основания обители.
Заботясь о благолепном украшении храмов и монастырей, святитель Питирим старался, чтобы и населенные пункты имели вид христианских поселений. Так, сразу по прибытии в Тамбов на крепостных воротах и в городских слободах, около караульных постов он установил распятия Христа Спасителя и иконы Божией Матери, которые привез с собой. Ограждая город иконами, святитель вверял его покрову Господа и Божией Матери и возбуждал в жителях благочестие. Привезенная святителем Питиримом копия чудотворной Смоленской иконы Божией Матери, выполненная, возможно, им самим, была поставлена в Преображенском кафедральном соборе в Тамбове. Эта икона, а также привезенные святителем Казанская (также написанная, вероятно, им самим) и Ильинско-Черниговская, получившая затем название Тамбовской иконы, были родительским благословением святителя.
Много трудов приложил святитель для обращения в христианство язычников и магометан и для вразумления раскольников. Край, где прежде процветали грабежи и разбой, благодаря трудам и молитве святителя Питирима стал краем религиозным. Обращение святителя к пастве отличались кротостью и доступностью. Объезжая свою епархию с проповедью слова Божия, святитель словом искренней любви к пастве, кротостью и смирением сеял в душах семена веры и благочестия. Святитель отличался удивительным снисхождением даже к нравственно падшим людям. Со всеми он обращался одинаково, ровно и кротко, как истинный друг и брат. В то же время он был по-отечески требователен. Его двери были открыты для всех приходивших за советом и помощью. Нетребовательный в личной жизни, он все свои средства тратил на храмы, монастыри и нужды ближних. Избегая всяких удобств, святитель совершал поездки по епархии в простой повозке.
Вновь открытые храмы требовали новых пастырей. Одной из забот святителя Питирима было избрание и подготовка кандидатов в священники. Он неукоснительно требовал, чтобы прихожане избирали кандидатами только грамотных людей. В своем доме он устроил специальную школу, где сам готовил избранного к принятию священного сана.
В 1694 году святитель Питирим приступил к строительству каменного кафедрального собора. Он не только внимательно следил за постройкой храма, но даже сам участвовал в строительных работах. Закончен он был уже после его кончины. При святителе был освящен только южный придел в нижнем этаже собора — во имя святителя и чудотворца Николая. Новый собор святитель снабдил за свой счет необходимой утварью, ризами (одна из риз святителя Питирима была передана позднее святителю Иннокентию Иркутскому).
Святитель Питирим с детства любил богослужение. Он часто служил и заботился о благоговейном исполнении служб, внятном пении и чтении. Нередко он сам становился на клирос, чтобы научить певцов правильному пению. Святитель учил свою паству с благоговением относиться к священным предметам. Заботясь о торжественности богослужений, он установил в праздничные дни крестные ходы из соборного храма в тот храм, где были престольные торжества.
Слава о святительских трудах Тамбовского архипастыря распространилась за пределами епархии. О нем было хорошо известно при дворе московских государей Иоанна и Петра Алексеевичей, которые неоднократно удовлетворяли прошения святителя Питирима о нуждах епархии. В 1690 году святитель Питирим участвовал в Соборе Русской Церкви, избравшим Святейшего Патриарха Адриана (1690–1700).
На архиерейской кафедре святитель Питирим не только не ослабил подвижнические труды, но еще более усилил монашеские подвиги. Среди благочестивых душевных занятий он не оставлял и физический труд. Около архиерейского дома святитель своими руками выкопал колодец, над которым позднее была построена часовня, а с 1868 года к нему стал совершаться крестный ход для освящения воды. Однажды во время тяжелой болезни святителя Питирима Господь утешил его дивным видением. Во время молитвы святитель просил не здравия и продления жизни, но с любовью и надеждой испрашивал оставления грехов и дарования вечной жизни в Царстве Небесном. Он обратился с просьбой ходатайствовать о нем к своему покровителю, которому молился всю жизнь, — святому Прокопию Декаполиту. Во время этой молитвы ему явился преподобный Прокопий и стал молить о нем Господа. По молитве преподобного в облаке явился Спаситель и благословил святителя Питирима. После кончины святителя это явление было запечатлено на иконе, помещенной над его гробницей.