1969 ernannte ihn Papst Paul VI. zum Titularerzbischof von "Aemona" und zum Generalvikar im Bistum Rom. Am 5. März 1973 nahm er Ugo Poletti als Kardinalpriester mit der Titelkirche "Santi Ambrogio e Carlo" in das Kardinalskollegium auf und ernannte ihn zum Kardinalvikar. Ugo Poletti vertrat den Papst bei mehreren Anlässen als Päpstlicher Legat. Er nahm an den Konklaven im August und im Oktober 1978 teil. 1989 verurteilte er die Aussagen einer Gruppe italienischer Theologen, nachdem diese die Amtsführung von Papst Johannes Paul II. kritisiert hatten. 1991 trat er aus Altersgründen von allen seinen Ämtern zurück. Er starb am 25. Februar 1997 nach einem Herzinfarkt in der Gemelli-Klinik in Rom.