Als sein Mentor Panciroli 1651 verstarb, sorgte er sich um seine Zukunft im Vatikan und schloss sich der spanischen Gruppe um Philipp IV. von Spanien an. Im Februar 1654 wurde er von Papst Innozenz X. entlassen und wegen Staatsgeheimnisverrates an Spanien seiner Ämter enthoben. Erst nach dem Tode von Papst Innozenz X. gelangte er wieder zu Einfluss im Vatikan. Astalli nahm am Konklave 1655 teil, aus dem Alexander VII. als Papst hervorging. Am 24. Januar 1661 wurde er von den Kardinälen für ein Jahr zum Kämmerer des Kardinalskollegium gewählt, zudem am 4. Juli 1661 zum Bischof von Catania mit dem persönlichen Titel eines Erzbischofs ernannt. Die Bischofsweihe spendete ihm am 25. Juli 1661 in der Kirche San Giacomo in Rom Kardinal Federico Sforza; Mitkonsekratoren waren Emilio Altieri, Bischof von Camerino, und Alessandro Crescenzi, Bischof von Bitonto.
Camillo Astalli starb in Catania und wurde in der dortigen Kathedrale beigesetzt.
