Als Clemens XI. im Jahr 1721 starb, galt Paolucci im darauffolgenden Konklave als aussichtsreichster Kandidat für die Nachfolge. Weil er aber mit den politischen Positionen Frankreichs sympathisierte, votierte Kaiser Karl VI. gegen ihn. So verbrachte Paolucci die Jahre unter dem an seiner Stelle gewählten Papst Innozenz XIII. als Kardinal. Nach dessen Tod im Jahr 1724 wurde Paolucci erneut als Kandidat für die Nachfolge gehandelt. Wiederum gab es jedoch einen Einspruch, und er wurde auch im Konklave von 1724 nicht gewählt. Unter Benedikt XIII. hatte er von 1724 bis zu seinem Tode noch einmal das Amt des Kardinalstaatssekretärs inne. Am 12. Juni 1724 wurde er Kardinalbischof von Porto e Santa Rufina und wechselte, zum Kardinaldekan avanciert, schließlich am 19. November 1725 auf den suburbikarischen Bischofssitz von Ostia e Velletri. Ebenfalls im Jahr vor seinem Tod ernannte ihn der Papst zum Sekretär der Höchsten Kongregation der römischen und allgemeinen Inquisition.