Nach langen und schweren Parteikämpfen der Kardinäle wurde er im Konklave am 29. April 1670 zum neuen Papst gewählt und am 11. Mai desselben Jahres gekrönt. Aufgrund seines Alters von bereits 80 Jahren war er den meisten Kardinälen als Kompromisskandidat recht, trotzdem gab es laut zeitgenössischen Quellen starke Zweifel an seiner gesundheitlichen Eignung für das Papstamt. Zur Enttäuschung der meisten Kardinäle erwies sich Clemens X. jedoch als ziemlich vital für sein Alter. Die laufenden Staatsgeschäfte überließ er aber sofort nach der Wahl einem Adoptivneffen, Kardinal Paluzzo Paluzzi Altieri degli Albertoni. Auch bei den Feierlichkeiten des Heiligen Jahres 1675 war der 85-jährige Papst kaum anwesend. In der Frage des Jansenismus fand Clemens eine Kompromisslösung.