Am 24. Mai 1426 wurde er Kardinal "in pectore", dies wurde am 8. November 1430 durch Martin V. veröffentlicht, wobei ihm als Kardinaldiakon die Titeldiakonie "Sant’Angelo in Pescheria" übertragen wurde. Dieser Papst übertrug ihm im Januar 1431 das Präsidium des Konzils von Basel. Nach dem Tod Martins im Februar nahm er am Konklave 1431 teil und wurde von dem neuen Papst Eugen IV. in seinem Amt bestätigt. Das Konzil wurde jedoch von seinen Stellvertretern eröffnet, während er selbst den Kreuzzug gegen die Hussiten anführte, der mit einer vernichtenden Niederlage in der Schlacht bei Taus endete. Daraufhin lud Cesarini die Hussiten zu Verhandlungen nach Basel ein. 1437 verließ er mit der päpstlichen Partei das Konzil. Am 7. März 1444 wurde er Kardinalbischof von Tusculum. Als päpstlicher Legat wurde er nach Ungarn gesandt, wo er den jungen polnischen und ungarischen König Władysław III. (Ulászló I.) und Johann Hunyadi für einen Kreuzzug gegen die Türken gewann. Am 10. November 1444 fiel Cesarini in der Schlacht bei Warna in Bulgarien.