Abbandonata Milano, si aprì per Leonardo un periodo alquanto instabile, che lo vide vagare di città in città.

Richiamato da Isabella d’Este, desiderosa di possedere un’opera dell’artista che, con il «Cenacolo », si era affermato tra i più ammirati del tempo, egli trascorse l’inverno presso la corte di Mantova. L’anno successivo Leonardo si recò a Venezia, probabilmente in veste di ingegnere, per offrire la propria consulenza in merito al sistema difensivo da adottare contro l’invasione dei Turchi sull’Isonzo.

Nell’estate del 1500 tornò a Firenze, per verificare, insieme con altri ingegneri, la stabilità della chiesa di San Salvatore dell’Osservanza.

In questo periodo Leonardo si dedicò costantemente a studi di geometria ed elaborò un cartone con la figura di Sant’Anna, che suscitò grande ammirazione in Firenze, nella Santissima Annunziata. Sul tema della Sant’Anna, nella National Gallery di Londra si conserva un altro cartone, mentre al Louvre è esposta la tavola che Leonardo dipinse negli ultimi anni della sua vita.

Nel 1502 Leonardo passò, in qualità di ingegnere militare, al seguito di Cesare Borgia, durante la sua campagna nelle Marche e in Romagna. In tale occasione, Leonardo realizzò la mappa di Imola, conservata a Windsor. Il sogno di una vita sul campo, trascorsa progettando soluzioni architettoniche, era però destinato a concludersi nel giro di un anno: nel 1503 Leonardo tornò a vivere a Firenze.