Papst Gregor XIII. erhob ihn im Konsistorium vom 12. Dezember 1583 zum Kardinaldiakon, den Kardinalshut und die Titeldiakonie "Santa Maria in Aquiro" erhielt Antonmaria Salviati am 9. Januar 1584. Er nahm am Konklave 1585 teil, das Papst Sixtus V. wählte. Vom 13. Mai 1585 bis Juli 1586 war er Legat in der Romagna, wo er den erkrankten Kardinal Giulio Canani ersetzte. Am 20. April 1587 wurde er Kardinalpriester und erhielt "Santa Maria della Pace" als Titelkirche. Er war Teilnehmer des ersten Konklave von 1590, das Papst Urban VII. wählte. Nach dessen baldigen Tod nahm Antonmaria Salviati am zweiten Konklave von 1590 teil, aus dem Innozenz IX. als Papst hervorging. Dieser bestellte ihn zusammen mit Kardinal Mariano Pierbenedetti zur Oberaufsicht über alle Tribunale der Römischen Kurie mit der weitreichenden Befugnis, in allen anhängigen Prozessen vorzutragen und Urteile zu fällen. Später wurde er von Innozenz IX. zum Vorsitzenden des Tribunals der Heiligen Römischen Rota ernannt. Antonmaria Salviati war unter den Kardinälen, die zum Konklave 1592 zusammenkamen, das in der Papstwahl von Clemens VIII. mündete. Noch 1592 wurde er zusammen mit den Kardinälen Alessandro Damasceni Peretti und Mariano Pierbenedetti Mitglied der Präfektur von Rom, der "Sacra Consulta" und aller Städte des Kirchenstaates. Am 24. April 1600 optierte er zur Titelkirche "San Lorenzo in Lucina", er war Kardinalprotopriester. Bereits am 30. August 1600 wechselte er zur Titelkirche "Santa Maria in Trastevere".