Ďalšie cesty a smrť
V roku 1506 sa Leonardo opäť vybral do Milána, na povolanie od jeho francúzskeho guvernéra, Charlesa d’Amboisea. Nasledujúci rok sa stal dvorným maliarom francúzskeho kráža Ľudovíta XII, ktorý vtedy prebýval v Miláne. Nasledujúcich šesť rokov si Leonardo delil svoj čas medzi Milánom a Florenciou, kde často navštevoval svojich nevastných bratov, nevlastné sestry a staral sa o svoje deičstvo. V Miláne pokračoval na svojich inžinierskych projektoch a pracoval na jazdeckej figúre monumentu Giana Giacoma Trivulzia, veliteža francúzskych vojsk v meste; a napriek tomu, že projekt nebol dokončený, náčrty a štúdie boli uchované. V rokoch 1514 až 1516 žil Leonardo v Ríme pod ochranou Pápeža Lea X. Ubytovaný bol v Palazzo Belvedere vo Vatikáne a zdá sa, že v tom čase sa venoval čisto vedeckým experimentom. V roku 1516 pricestoval do Francúzska, kde vstúpil do služieb lráža Františka (Francis) I. Svoj posledný rok strávil v Château de Cloux, blízko Amboise, kde zomrel. Jeho smrť je opradená legendami –povráva sa, že zomrel v náručí kráža, aj keď historické pramene uvádzajú, že to tak nebolo.

Vedecké a teoretické projekty
Ako vedec Leonardo prerástol všetkých svojih súčasníkov Jeho vedecké teórie, podobne ako umelecké inovácie boli založené na dôslednom sledovaní a precíznej dokumentácii. Pochopil, lepšie než ktokožvek z jeho súčasníkov či nasledovníkov, význam precízneho vedeckého výskumu. Nanešťastie, tak ako často zlyhával v dokončení svojich diel, podobne nikdy nedokončil niktoré svoje pripravované projekty z viacerých vedných odborov. Jeho teórie sú zaznamenané vo viacerých poznámkových blokoch, väčšina z nich bola napísaná v efekte akoby boli v zrkadle. Pretože boli vežmi ťažko rozlúštitežné, Leonardove objavy neboli známe u období, keď žil, ale ak by boli uverejnené, znamenalo by to revolúciu vo svete vedy 16. storočia. Leonardo tiež predpokladal veža objavov modernej doby. V anatómii študoval obeh krvi a činnosti oka. Urobil objavy v meterológii a geológii, zistil efekt mesiaca na príliv a odliv, objasnil modern koncepciu formácie kontinentov a získal neuveritežné poznatky o prírode vďaka fosíliám a mušliam. Bol medzi zakladatežmi vedného odboru hydrauliky a pravdepodobne navrhol hydrometer; jeho schéma riečnej kanalizácie má ešte stále praktické využitie. Vynašiel obrovské množstvo užitočných prístrojov, medzi nim napríklad aj skafander. Jeho vynálezy v oblasti lietania, aj keď nefunkčné, ukazovali základné princípy aerodynamiky.

LIETAJÚCE STROJE
Anemometer bol skonštruovaný na zisťovanie smeru fúkania vetra a bol to vežmi významný vynález z hžadiska zlepšovania bezpečnosti letov. Viatím vetra sa tiež zaoberal Anemoskop, ktorý však pravdepodobne zisťoval rýchlosť vetra. Predchodcom dnešnej helikoptéry bola Leonardova Vzdušná skrutka, ktorá síce nikdy nevzlietla zo zemského povrchu, pretože skrutku museli poháňať štyria muži a tí nikdy neboli schopní vyvinúť takú rýchlosť, aby sa skrutka odlepila od zeme, ale napriek tomu tento princíp zostal zachovaný aj pri neskoršom konštruovaní už spomínaného vrtužníka. V jeho poznámkach sa tiež vyskytuje náčrt lietacieho stroja, pri ktorom stojí za povšimnutie pedantné prepracovanie chvostového kormidla
Leonardo bol očividne vežmi fascinovaný prirodzenou schopnosťou vtákov lietať a snažil sa umožniť to aj človeku, o čom svedčia mnohé konštrukcie krídel, ktoré vytvoril. Okrem konštrukcií napodobňujúcich krídla vtáčie vytvoril tiež jednu podža netopierích krídel. Inklinometer mal za úlohu kontrolovať vodorovnú pozíciu pri lete. Vo svojich poznámkach sa tiež zaoberal ideou padáka, ktorý však rozpracoval len teoreticky. Ako pohon pre svoje lietacie stroje častokrát využíval žudskú silu (napr. pedály ako na bicykli), aj keď si uvedomoval, že to môže fungovať len teoreticky.

BOJOVÉ STROJE
Skonštruoval niečo ako bojové delo, ktoré malo možnosť nastavenia uhla a výšky, pohyblivé, využitežné v boji. Oprášil náčrty z dávneho stredoveku a vylepšil baranidlo, ktoré sa dalo používať priamo na hradby miest. Jeho nápady dali základ, síce v zmenšenej podobe, dnešným zbraniam ako sú revolvery či samopaly. Z ďalších stredovekých zbraní si ako inšpiráciu zobral aj kušu, ktorú však vytvoril ako zbraň hlavne na spôsobenie zmätku v nepriatežských šíkoch a dohnal ju ku gigantickým rozmerom, asi tak na 6 vozov. Vytvoril rôzne druhy projektilov, ktoré síce neboli doplnené matematickými výpočtami dráhy letu, ale už z ich tvaru bolo zrejmé, ako vežmi si Leonardo uvedomoval význam aerodynamiky.

Okrem týchto vynálezov vynašiel skafander, vo svojich štúdiách ho do detailov rozpracoval, aj keď v tej dobe pozostával len zo zvona na hlavu a plávacích plutiev. Až neskôr domyslel kožený odev určený na pobyt od vodou. Tiež skonštruoval vŕtačku, ktorá pozostávala z hlavice, kolieskového mechanizmu a kžuky, pomocou ktorej sa otáčala.

Z ďalších jeho nápadov našla zúžitkovanie aj v dnešnej dobe napríklad hydraulická píla. Maj aj svojský systém klimatizácie, ktorý mal za úlohu zabraňovať prudkým zmenám teploty, ktoré by mali neblahý účinok na jeho laboratórium. Jednoduchým systémom skonštruoval zariadenie na meranie vlhkosti vzduchu: boli to kvázi váhy, na jedenej strane mali vosk a na druhej rovnaké množstvo vlny, ktorá na rozdiel od vosku absorbuje vlhkosť. Odchýlka, ktorá vznikla vo vlhkom prostredí, keď vlna nasiakla vodou, sa prenášala na stupnicu na váhach.
Zaujímavosťou je tiež napríklad jeho funkčný prístroj na výrobu lán, pričom sa kvalita lana dala regulovať. Jeden z ďalších Leonardových vynálezov, tzv. Odometer bol predchodcom dnešného tachometra.