Im Konsistorium vom 16. Januar 1961 kreierte ihn Papst Johannes XXIII. zum Kardinal und wies ihm als Kardinalpriester die Titelkirche "Santa Maria Nuova" zu. Luis Concha Córdoba nahm in den Jahren 1962 bis 1965 an allen vier Sessionen des Zweiten Vatikanischen Konzils teil, ebenso am Konklave 1963, das Paul VI. zum neuen Summus Pontifex der Kirche wählte. Die Leitung des Erzbistums Bogotá und das Militärbischofsamt legte er 1972 aus Altersgründen nieder; seinem Rücktrittsgesuch wurde am 29. Juli 1972 von Papst Paul VI. stattgegeben.