Am 14. Februar 1785 wurde Bellisomi vom Papst zum Kardinal "in pectore" erhoben und am 7. Mai 1785 zum Nuntius in Portugal ernannt. Bei seinem Kampf gegen den Jansenismus fand er Unterstützung durch den Patriarchen von Lissabon, Kardinal José Francisco Miguel António de Mendoça Valdereis. Am 21. Februar 1794 wurde seine Ernennung zum Kardinal publiziert und am 22. September 1795 wurde er zum Bischof von Cesena ernannt, wo er den persönlichen Titel eines Erzbischofs führte. Am 18. Dezember 1795 wurde ihm als Kardinalpriester die Titelkirche "Santa Maria della Pace" zugewiesen. Er nahm von Dezember 1799 bis Februar 1800 an dem Konklave teil, das Pius VII. zum Papst wählte. Kardinal Franziskus von Paula Herzan von Harras brachte zuvor das Veto von Kaiser Franz II. gegen Bellisomis Wahl zum Papst vor. Am 18. September 1807 optierte er auf die Titelkirche "Santa Prassede". Kardinal Bellisomi starb im Folgejahr und wurde im Dom von Cesena beigesetzt.