Вскоре Леонардо вместе с Лоренцо ди Креди и Пьетро Перуджино стал любимым учеником Верроккьо, который всегда ставил перед ними ответственнейшие задачи, даже такие, как изображение фигуры, ангела из «Крещения Христа». Уже в 1472 году Леонардо становится членом гильдии художников. Гильдия святого Лукаса, объединявшая, в основном, врачей, аптекарей и художников, находилось в госпитале Святой Марии Нуова, где Леонардо, вероятно, впервые представился удобный случай изучать анатомию человеческого тела. Нельзя забывать также, что в те времена организация медицинского дела во Флоренции была лучшей во всей Италии. Мартин Лютер в своей «Застольной речи» о путешествии по Италии говорил: «Во Флоренции я увидел, что больницу содержат образцово. Госпитали в Италии очень хорошо отстроены и превосходно снабжены питьем и пищей; в их распоряжении образованные врачи и усердная прислуга. Кровати изумительно чистые, а помещения прекрасно оформлены… Итак, в этих домах происходят подобные метаморфозы и наблюдаются качества, присущие прежде всего детям — оживленность, отличное питание, необходимые наставления и обучение».
После получения образования Леонардо, как член гильдии художников, еще долгое время оставался во Флоренции в мастерской Верроккьо, хотя общество товарищей, в кругу которых он находился, его больше не удовлетворяло. Поэтому он начал совершать продолжительные прогулки по окрестностям Флоренции, во время которых запечатлевал на бумаге угольным карандашом красоту природы. Сильвия Альберти де Маццери упоминает о рисунке того времени, датированном 5 августа 1473 года. Хотя в те годы Леонардо еще не излагал свои мысли и наблюдения письменно, но все равно можно предположить, что, вероятно, уже тогда он мог вступить в контакт с некоторыми учеными и философами Флоренции. То, что он фактически оформил совокупность гуманистических идей, которые не всегда совпадали с догматической идеей мирового христианства, доказывают строки из упоминавшейся неоднократно биографии, написанной Вазари: «Философствуя о явлениях природы, он подошел к еретическим представлениям, которые были уже не совместимы с религией».
В те дни мастерская Верроккьо была своеобразным местом встреч, имевшим притягательную силу для молодых художников Флоренции. Здесь не только дискутировали и иногда критиковали значительные художественные работы на стадии их создания, но и обсуждали философские вопросы, в особенности учение и комментарии флорентийского врача Марсили Фичино, руководителя платоновской академии во Флоренции. Эпоха итальянского Возрождения стала временем постоянных искусствоведческих обновлений и открытий в искусстве и характеризовалось стремлением приблизиться вновь к мнимым возвышенным целям, а именно к античному идеализированному образцу. Но, по мнению Леонардо, принимать искусство прошлого в качестве образца недостаточно, и поэтому у художника появляется много вопросов о том, что необходимо обновлять и улучшать его. В этом он был последователем знаменитого Джотто, который считал, что «недостаточно имитировать произведения своего мастера Чимабуэ». Аналогичным образом Леонардо пытался превзойти своего учителя мастера Верроккьо, хотя испытывал к нему чувство благодарности и с его стороны ощущал отеческую заботу.