Han ble valgt til pave den 6. juli 1758 i et konklave som varte i seks uker og avholdt et stort antall avstemninger. At pavevalget varte så lenge, skyldtes at fraksjonene lenge ikke ville jenke seg; til slutt kom det til direkte forhandlinger mellom de rivaliserende grupper. Rezzonico ble så valgt med 31 stemmer av 44 mulige, én stemme mer enn det som var nødvendig, og han tok navnet Klemens XIII, til minne om den pave som hadde elevert ham til kardinalverdigheten.