Am 13. Juli 1643 wurde Altieri von Papst Urban VIII. zum Kardinal erhoben und im folgenden Monat als Kardinalpriester von Santa Maria sopra Minerva eingesetzt. Außerdem wurde er in die Diözese Todi versetzt. Als Papst Urban starb, nahm Altieri am päpstlichen Konklave von 1644 teil, das Papst Innozenz X. wählte.