27 июня 1639 года получил титул кардинала-дьякона "Санта-Мария-ин-Космедин", а 14 марта 1644 года титул кардинала-дьякона "Сант-Анджело-ин-Пескерия". Участвовал в работе конклава, избравшим папой Иннокентия X. Оставшись в Риме, 12 декабря того же года принял титул кардинала-дьякона "Сант-Эустакьо". 6 февраля 1645 года он оставил кафедру архиепископа Болоньи и поселился в Риме. 23 сентября 1652 года принял титул кардинала-священника "Сан-Сильвестро-ин-Капите", 9 июня 1653 года титул кардинала-священника "Санта-Мария-ин-Трастевере", 21 апреля 1659 года титул кардинала-священника "Сан-Лоренцо-ин-Лучина" и кардинала-протопресвитера. Наконец, 21 ноября 1661 года Джироламо стал кардиналом-епископом Фраскати.