Am 14. September 1904 ernannte ihn Papst Pius X. zum Apostolischen Delegaten für Kolumbien und zum Titularerzbischof von "Myra". Die Bischofsweihe spendete ihm Rafael Kardinal Merry del Val y Zulueta, der Kardinalstaatssekretär, am 25. September desselben Jahres; Mitkonsekratoren waren Antonio Maria Grasselli, Bischof von Viterbo, und Domenico Rinaldini, Bischof von Montefiascone. Von 1913 bis 1921 vertrat er als Apostolischer Nuntius den Heiligen Stuhl in Spanien. 1921 nahm ihn Papst Benedikt XV. als Kardinalpriester mit der Titelkirche "San Marcello" in das Kardinalskollegium auf. Kardinal Ragonesi nahm im Jahr darauf am Konklave 1922 teil. Im Mai 1924 war er als päpstlicher Repräsentant auf einem Eucharistiekongress in Latium. Papst Pius XI. ernannte Francesco Ragonesi 1926 zum Kardinalpräfekten des Obersten Gerichtshofs der Apostolischen Signatur. Vom 17. Dezember 1928 bis 17. Juli 1929 war er Kämmerer des Kardinalskollegiums.