Im Konsistorium vom 18. Juni 1899 wurde er von Papst Leo XIII. zum Kardinal kreiert. Er erhielt am 22. Juni 1899 die Titelkirche "Sant’Eusebio"; am 27. November 1911 wechselte er zur Titelkirche "Santa Maria in Via". Im Ersten Weltkrieg verpflichtete Kardinal Richelmy zahlreiche Priester als Militärkaplane. Zudem förderte er die Arbeit der Katholischen Aktion im Piemont. Er nahm 1903, 1914 und 1922 jeweils am Konklave teil.