El Papa Pío XII lo nombró Cardenal Presbítero de "Santos Bonifacio y Alejo" en el consistorio del 18 de febrero de 1946. Câmara fue nombrado primer obispo del Ordinariato Militar Católico de Brasil el 6 de noviembre de 1950 (cargo al que renunció el 9 de noviembre de 1963) y el primer Ordinario de los católicos orientales en Brasil el 14 de noviembre de 1951. El Cardenal asistió a la primera conferencia general de la Conferencia Episcopal Latinoamericana en 1955, se desempeñó como Presidente de la Conferencia Episcopal Brasileña de 1958 a 1963 y en el cónclave de 1958 . De 1962 a 1965 asistió al Concilio Vaticano II, durante el cual se desempeñó como cardenal elector en el cónclave papal de 1963 que eligió al Papa Pablo VI . Junto con Lawrence Shehan, ayudó a Leo Joseph Suenens a entregar uno de los mensajes de clausura del Concilio entregados por los cardenales el 8 de diciembre de 1965.