Dopo dieci anni di lobotomia Freeman sentì parlare di una nuova procedura, inventata dal medico italiano Amarro Fiamberti, che consentiva di accedere al cervello dei pazienti senza forare il cranio, ma attraverso le orbite oculari. Dopo varie sperimentazioni sui cadaveri, non riuscendo a trovare un mezzo che permettesse di oltrepassare le orbite per arrivare al cervello, pensò ad un punteruolo rompighiaccio, strumento che, insieme con un martello, sembrava il più adatto per l'operazione. Nacque così la lobotomia transorbitale, molto veloce da attuare, tanto che Freeman operava in sette minuti, e meno costosa delle altre, giacché non necessitava di molto materiale né di una sala operatoria attrezzata; ogni operazione veniva così a costare 25$. Mettendo da parte l'anestesia, non utilizzata in tutte le strutture psichiatriche, il duo agiva mettendo il paziente in stato confusionario attraverso delle macchine a terapia elettroconvulsivante che davano scosse elettriche a intervalli regolari di due o tre minuti. La prima paziente, Ellen Ionesco, fu operata nel gennaio del 1946. Dalla prima leucotomia alla lobotomia transorbitale, Walter Freeman operò circa 2.400 pazienti.