Im Konsistorium vom 22. Dezember 1670 kreierte Clemens X. ihn zum Kardinalpriester. Den Kardinalshut und die "pro illa vice" zur Titelkirche erhobene Diakonie "Santa Maria in Domnica" erhielt er am 23. Februar 1671. Er optierte am 30. Januar 1673 zur Titelkirche "Sant’Eusebio". Camillo Massimo nahm am Konklave 1676 teil, das Papst Innozenz XI. wählte. Am 19. Oktober 1676 optierte er für die Titelkirche "Sant’Anastasia".