Transféré en Espagne, Palombini sert à la division du général Domenico Pino à Roses, Cardedeu, Molins de Rei, Valls et Gérone. Promu général de brigade en 1809, il se distingue également à El Pla et Tarragone en 1811, avant d'être élevé au grade de général de division. Il dirige ses troupes à Sagonte, Valence et Castro Urdiales entre 1811 et 1813, retourne ensuite en Italie et affronte les Autrichiens dans divers combats. Après l'effondrement du royaume d'Italie en 1814, il rejoint l'armée autrichienne en qualité de feld-maréchal-lieutenant. Il prend sa retraite en 1824 et meurt en 1850 dans le château de sa femme à Grochwitz, près de Herzberg.