1513年と1516年にはローマにいた（このころはミラノ・フィレンツェ・ローマをたびたび移動していたようである）。当時、ローマではラファエロやミケランジェロが活動していた。ラファエロはレオナルドの絵を模写し、影響を受けているが、ミケランジェロとの接触はほとんどなかったようである。
フランソワ1世に抱かれて死ぬレオナルド1515年に即位したフランス王フランソワ1世は、同年にミラノを占領した。この時、レオナルドはボローニャで行なわれたフランソワ1世とローマ教皇レオ10世の和平交渉の締結役に任命され、（恐らくは、このとき初めて）フランソワ1世に出会った。以後、フランソワ1世の庇護を受け、1516年からは王の居城アンボワーズ城に隣接し、フランソワ1世が幼少期を過ごしたクルーの館（クロ・リュッセ）に招かれ、年金を受けて余生を過ごした。