Za
vrijeme drugog firentinskog perioda, Leonardo je naslikao
nekoliko portreta, ali samo jedan je sačuvan do dana
današnjeg – famozna Mona Lisa (1503. – 1506., Louvre,
Pariz), jedan od najslavnijih portreta ikada naslikanih.
Portret je također poznat kao "La Gioconda". Leonardo
je, čini se, imao posebnu sklonost za taj portret, jer ga je
nosio na sva svoja kasnija putovanja. Ovaj Leonardov
najslavniji rad je poznat kako po veličanstvenosti tehničkih
inovacija, tako i po misterioznosti legendarnog osmijeha.
Postoje mišljenja da je ovaj Leonardov portret zapravo
jedan od autoportreta slavnog slikara, te da je prvobitna
Mona Lisa imala obrve, ali da su one zbog Leonardovog
eksperimentisanja vremenom iščezle.Taj rad je savršen
primjer dvije tehnike – sfumata i krajoskura (rasporeda
svjetla i sjene, svijetlih i tamnih dijelova na slici) –
koje je Leonardo primijenio među prvima. Sfumato (začađeno)
je delikatan atmosferični "magloviti" ili "dimni" efekt
načinjen finim, vrlo malenim prijelazima između područja
boje; to je posebice uočljivo na nježnoj prozračnoj odjeći i
zagonetnom osmjehu. Kjaroskuro (Chiaroscuro, svjetlo
i sjena) je tehnika modelisanja i definisanja forme pomoću
odnosa kontrasta između svjetlosti i sjene; senzitivne ruke
modela su portretisane jasnom modulacijom svjetlosti i
sjene, dok je kontrast boja oskudno upotrebljavan.
Leonardo da Vinci je pored eksperimentisanja sa bojama imao i sklonos ka nedovršivanju svojih djela, pa je tako veliki dio njegovog rada ostao nedovršen. Leonardo nije završio svoju prva značajna slika, Poklonstvo kraljeva (Uffizi), započeta 1481.god., naručenu za samostan San Donato a Scopeto u Firenci; modele za kupolu milanske katerdale; dekoraciju za veličanstvenu dvoranu Pallazza Vecchia. Tema je bila Bitka kod Anghiaria, Firentinska pobjeda u ratu protiv Pise itd.
Njegova najveća narudžba bila je za kolosalnu bronzanu konjaničku statuu Francesca Sforze, za dvorište Castella Sforzesca Leonardo je napravio glineni model, ali igrom slučaja odlučeno je da se metal namijenjen za statuu utroši za proizvodnju topova. Model su uništili francuski strijelci, koji su ga koristili kao metu.