I 1612 utnevnte pave Paul V ham til erkebiskop av Bologna. Han sendte ham i 1616 som nuntius til hertugdømmet Savoia. Samme år, 1616, utnevnte pave Paul ham til kardinalprest av Santa Maria in Traspontina. Ludovisi forble deretter i Bologna til paven var avgått med døden, da han begav seg til Roma for konklaven.