Capo spirituale della diocesi, il vescovo di L. fu pure, fino al XVI sec., il signore di un piccolo principato, il principato vescovile di L. Benché privo di coesione territoriale, il principato costituiva un'entità omogenea, come attestano, dalla seconda metà del XIII sec., la sua organizzazione militare (costruzione di castra), l'amministrazione, progressivamente centralizzata, le armi araldiche e anche, dalla fine del XV sec., l'assemblea deliberativa (Stati). Il principato vescovile comprendeva L. e, nei dintorni, Lavaux, Avenches, Lucens, Bulle, Riaz e La Roche. Signore di una parte ridotta della sua vasta diocesi, il vescovo riuscì ciò nonostante a esercitare su più ampia scala alcuni diritti temporali, tra cui quello di battere moneta. I territori di sua proprietà erano sostanzialmente costituiti da quanto egli stesso aveva conservato in occasione della divisione del patrimonio della Chiesa di L., compiuta nel X sec. assieme al capitolo cattedrale. Alla dotazione della mensa episcopale già costituita si aggiunsero Lavaux, ricevuto nel 1079 dall'imperatore Enrico IV, e la signoria di La Roche, acquisita nel XIV sec. Il principato vescovile applicò il diritto consuetudinario di L. e si nutrì dell'immagine della Madonna, patrona della cattedrale e simbolo della Chiesa di L., in particolare del suo potere politico.
Non si hanno informazioni sui diritti temporali dei vescovi di L. prima dell'888, anno di fondazione del secondo regno di Borgogna. Alla fine del IX sec. il vescovo ricevette dai Rodolfi i diritti comitali su L., nel 1011 su tutta la regione circostante (contea di Vaud). I vescovi del XII e XIII sec. fecero uso delle loro regalie (parte dei diritti signorili concessi in delega da un imperatore a un vescovo) per conservare i propri diritti nei confronti dei conti di Ginevra, dei duchi von Zähringen - che si impadronirono dell'avogadria - e dei conti di Savoia. Questi ultimi resero il Paese di Vaud una provincia savoiarda, che includeva i possedimenti vescovili. Attraverso atti di forza o negoziati, i Savoia ottennero dai vescovi la cessione in feudo di una parte delle loro proprietà temporali - Moudon, Romont (VD) -, la stipula di diversi accordi circa la suddivisione di giurisdizione (in vigore dal 1260 al 1268, dal 1316 al 1329 e dal 1344 al 1349) e misure per regolamentare la vita dei cittadini losannesi. Tra il 1275 e il 1308 i vescovi beneficiarono della protezione degli Asburgo sia contro la Savoia sia contro gli ab. di L.; nel 1286 furono avvantaggiati pure dalla divisione della Savoia, traendo profitto dalla rivalità tra il conte Amedeo V e suo fratello Ludovico I, signore del Paese di Vaud.
La situazione giur. e territoriale si stabilizzò nel XIV sec.; dagli anni 1320-30 non si registrarono più guerre e la pesante interferenza savoiarda sul principato si ridusse alla forma moderata di un diritto d'appello, ottenuto nel 1356 dall'imperatore Carlo IV e concretizzato nella presenza a L. di un giudice savoiardo (detto giudice di Billens). Attorno al 1336 i vescovi autorizzarono la presenza di un'amministrazione com. nella città di L. Per imporsi ai Losannesi, ma anche agli altri sudditi, e per respingere le pretese giur. dei Savoia, dal XV sec. i vescovi si atteggiarono a principi, assumendo nel 1416 (una settimana dopo la trasformazione della Savoia in ducato) il titolo di conte e quello di principe dell'Impero, e battendo moneta con la loro effigie. Pur dovendo accettare la fusione della Cité (vescovile) e della città inferiore di L. (1481) e la comborghesia di L. con Berna e Friburgo (1525), riuscirono a mantenere il loro statuto di principi e a risiedere nella città fino al 1536, quando il principato venne conquistato da Berna e da Friburgo contemporaneamente al Paese di Vaud savoiardo. Berna si impossessò di La Broye (Avenches, Lucens), di Lavaux e della città di L.; Friburgo si attribuì Bulle, Riaz e La Roche. Mentre la diocesi sopravvisse alla Riforma, il patrimonio del principato vescovile si dissolse perfino nelle regioni rimaste catt. Friburgo concesse ai vescovi l'esercizio delle prerogative spirituali solo in cambio della rinuncia alla loro signoria temporale; essi restarono tuttavia principi dell'Impero fino al 1803.