В период крушения многих своих замыслов, которое повлекло за собою падение Моро, он хотел одного — в полной мере использовать остаток своих дарований и сил, служа хоть самому дьяволу. А герцога Валентино, феерическим метеором возникшего на его пути, многие уже во всеуслышание называли исчадием ада. Плачевная участь недавнего покровителя ничуть не оттолкнула винчианца от службы новому тирану — он сам предложил ему свои услуги. Стареющему Леонардо, так и не нажившему состояния, несмотря на все сокровища своего гения, и в очередной раз оказавшемуся на мели, Борджа подоспел как раз вовремя.
А умный Валентино в свою очередь не мог не оценить потенциальной мощи такого имени — со свойственной ему стремительностью деспот предоставил Леонардо самые широкие возможности, несмотря на то, что его предупреждали о медлительности и творческих капризах художника. С июля 1502 г. Леонардо в качестве главного военного инженера Борджа не знает покоя, в разъездах по Умбрии, Романье, Тоскане инспектируя и подготавливая крепости, рвы, каналы, укрепления, осадные машины и огнестрельные орудия. Ему дана лично Цезарем охранная грамота, подтверждающая неограниченность его полномочий. Пользуясь редкою свободой действий, Леонардо усовершенствовал модели многих пушек и предложил герцогу новую систему укреплений, удержавшуюся затем более двух столетий. Ныне вместо лирических окутанных воздушною дымкой пейзажей он чертил стратегические карты, выполняя эти практические пособия на уровне произведений искусства, вкладывая в них все свои обширные познания о рельефе земли, воде и растительности. Вместо недавних чертежей мирных машин и станков, вместо утопических проектов идеального города в тетрадях его возникают наброски ужасающих осадных и стенобитных орудий и жутковатых сооружений — отдаленных предтеч современного танка, в своем роде не менее «идеальные» и кажущиеся еще страшнее от изысканной техники их исполнения.
И все-таки честолюбие погубило когда-то даже древнего Цезаря — едва только оно возобладало над строгим расчетом. Макиавелли, проявляя в пылу внезапного увлечения обычно несвойственную ему наивность, даже по возвращении во Флоренцию переживая малейшие перипетии «цезаристских» авантюр, все еще ждал от герцога новых побед, в то время как Леонардо уже словно провидел недалекое крушение всех грандиозных планов.
Через два месяца после триумфа «прекраснейшего обмана», не выдержав бешеного темпа неостановимых продвижений неутомимого узурпатора, устав от постоянной спешки лихорадочных переездов, флорентинский «маг» покидает стан Борджа.
В марте 1503 года Леонардо да Винчи опять во Флоренции. Как и в первый его приезд, он не однажды встречается с Сандро Боттичелли, но теперь они вовсе не находят общего языка. Отсутствие взаимопонимания с флорентинскими художниками отчасти послужило причиной двусмысленной леонардовской «авантюры» с Валентино, и все же казалось, что ныне он вернулся насовсем.
В искусстве Флоренции, где преобладали теперь фигуры вроде Лоренцо ди Креди или Пьеро ди Козимо, царила переходная стадия. И главное, бывший друг винчианца Сандро явно сходил со сцены преуспеяния и славы, и не только он, но даже его не старый еще ученик, нервный и деликатный Филиппино Липпи. Только выходящие на сцену фра Бартоломео и Микеланджело — оба рождения 1475 г., были все еще, как болезнью, захвачены отзвуками учения Савонаролы и еще больше — хотели они того или нет — влиянием самого Леонардо в том, что касалось живописи.
Теперь он решает дать синтез своих живописных и научных исканий. Сначала в портрете жены флорентийского купца Моны Лизы дель Джокондо, где соединяет духовное с телесным в глубоко продуманном сопряжении. Чтобы добиться этого без малейшего шва, следовало взглянуть на все как бы со стороны взором пытливого аналитика и наблюдателя, хоть и не без поэтического флера. Леонардо умел это в высшей степени. Углубленная работа над этим необыкновенным, лирическим и вместе «интеллектуальным» портретом начинается сразу по возвращении и длится четыре года.
Тогда же он интенсивно занимается анатомией в Санта Кроче, на трупах казненных, которые выпрашивались у грозного Совета Десяти. Занятия эти побуждают Леонардо писать трактат по биологии, с подробными разделами о деторождении и кровообращении. Таким образом, создание одухотворенного образа красавицы идет параллельно аналитическому бесстрастию анатомических исследований, рисунков и штудий — контрасты вполне в леонардовском духе.
Осенью 1503 г. ему подоспел заказ от самого гонфалоньера Пьеро Содерини, который пытался поддерживать былой престиж флорентинских правителей по части просвещенного меценатства. Леонардо должен украсить фреской залу флорентийского Большого Совета, отстроенную архитектором Кронака еще в 1496 г. Тема росписи — победа при Ангиари 1440 г., когда флорентинцы разбили кондотьера Никколо Пиччинино, состоявшего на миланской службе. Флорентинские «мужи Совета» немало гордились этой победой, особенно в последующие бесславные десятилетия.