Существуют также графические эскизы, относящиеся к «Битве при Ангиари» (Галерея Академии, Венеция), в том числе экспрессивные мимические штудии (Музей изящных искусств, Будапешт). К началу XVI в. исследователи относят множество рисунков, в которых Леонардо да Винчи разрабатывал иконографию благовествующего ангела (Королевская библиотека, Виндзор), впоследствии положенную в основу картины «Святой Иоанн Креститель» (1513–1516 гг., Лувр, Париж). Параллельно он был занят поисками композиции для картины «Леда и лебедь». Леонардо да Винчи выбирал между двумя основными версиями – коленопреклонённой по образцу античной статуи Афродиты (Королевская библиотека, Виндзор; Музей Бойманса – ван Бёйнингена, Роттердам) или стоящей женской фигурой. Среди живописной продукции мастерской, созданной на основе этих рисунков, преобладает второй вариант (Галерея Уффици, Флоренция; Галерея Боргезе, Рим и др.). Центральным произведением Леонардо да Винчи этого периода является портрет Лизы Герардини («Джоконда», или «Мона Лиза»), супруги Франческо дель Джокондо (около 1500 – 1507 гг., Лувр, Париж), – одно из самых знаменитых произведений мировой живописи, породившее множество спорных толкований в искусствоведческой литературе и художественных реинтерпретаций. Причиной этого интереса стала беспрецедентная новизна формально-стилистического решения, предложенного Леонардо да Винчи. Истоки иконографии этого портрета обнаруживаются во флорентийской живописи позднего Кватроченто (например, в женском портрете работы Лоренцо ди Креди, около 1490 г., Городская пинакотека, Форли), опиравшейся на нидерландские образцы. Леонардо да Винчи удалось преобразовать эту схему так, что, несмотря на небольшой формат портрета, фигура молодой женщины, сидящей в открытой лоджии на фоне широкой показанной с высокой точки зрения панорамы, кажется очень значительной. Мотивы, использованные в пейзаже, выдают интерес Леонардо да Винчи к горным ландшафтам, к изображению каменистых поверхностей, который присутствовал уже в «Мадонне в скалах». Гармоническое единение величественного образа природы и умиротворённой человеческой фигуры заставляет вспомнить об идее взаимодействия между макро- и микрокосмом, чрезвычайно важной для философии Ренессанса в целом и вытекающей из некоторых естественнонаучных суждений самого художника. Мягкая светотеневая моделировка, едва уловимые, будто блуждающие тени и вспышки света на платье и особенно на лице и спокойно сложенных руках модели создают эффект дымки (сфумато). При этом Леонардо да Винчи уделил внимание деталям: мелким завиткам волос, прозрачной вуали, покрывающей голову, её слегка припухлым векам. Композиционное решение, сформулированное в «Джоконде», было воспринято и развито художниками Высокого Возрождения, в том числе Рафаэлем («Дама с единорогом», около 1504 г., Галерея Боргезе, Рим).