Michele Bonelli nahm am Konklave 1572 teil, das Papst Gregor XIII. wählte. Er wurde 1572 Mitglied der Indexkongregation und im folgenden Jahr Mitglied der Konzilskongregation. Gregor XIII. ernannte ihn zum Präfekt der Religiosenkongregation. Vom 7. Januar 1585 bis zum 7. Januar 1587 war Michele Bonelli Kämmerer des Heiligen Kardinalskollegiums. Er war Teilnehmer am Konklave 1585, aus dem Sixtus V. als Papst hervorging. Dieser ernannte ihn zu seinem Generalvikar in Rom und im Kirchenstaat. Am 8. November 1589 optierte er zur Titelkirche "San Lorenzo in Lucina". Er wurde Kardinalprotopriester und nahm am ersten Konklave von 1590 teil, das Urban VII. zum Papst wählte. Im Oktober desselben Jahres nahm er am zweiten Konklave von 1590 teil, das Papst Gregor XIV. erwählte.