Nach dem Tod von Papst Paul V. am 28. Januar 1621 konnte er nicht an dem Konklave am 8. und 9. Februar 1621 teilnehmen, das Alessandro Kardinal Ludovisi zum Papst Gregor XV. wählte. Er trat am 2. April 1621 als Apostolischer Nuntius in Spanien zurück und wurde am 19. April 1621 zum Kardinalpriester von San Marcello eingesetzt. Nach dem Tode von Papst Gregor XV. am 8. Juli 1623 gehörte er vom 19. Juli 1623 bis zum 6. August 1623 zu den Teilnehmern des Konklave, das Maffeo Barberini zum Papst Urban VIII. wählte.
Am 2. Oktober 1623 wurde Kardinal Cennini de’ Salamandri zum Bischof von Faenza ernannt, am 25. Februar 1641 dann zum Kardinalbischof von Sabina. Am 4. Mai 1643 trat er als Bischof von Faenza zurück. Er nahm nach dem Tode von Papst Urban VIII. vom 9. August bis zum 15. September 1644 an dem Konklave teil, das Giovanni Battista Kardinal Pamphilj zum Papst Innozenz X. wählte. Im September 1644 wurde er Nachfolger des zum Papst gewählten Kardinal Pamphilj als Präfekt der Heiligen Konzilskongregation.
Nach seinem Tode wurde Kardinal Cennini de’ Salamandri, der ein Verwandter von Girolamo Kardinal Bernerio war, in der Kirche San Marcello zu Rom beigesetzt.