Dopo aver conseguito la laurea, dal 1925 Valdoni instaura una proficua collaborazione con Antonio Lanzara al quale, data la sua esperienza di tecniche istologiche, il medico triestino affida le ricerche sul problema della diffusione locale del cancro del retto. Valdoni a quei tempi aveva già eseguito numerosi interventi di amputazione addomino-perineale secondo Miles e, basandosi proprio sul lavoro svolto da Lanzara, affronterà negli anni seguenti interventi di conservazione della funzione sfinterica e di parte dell'ampolla rettale, descrivendo tra l'altro quella soluzione tecnica originale che è la scheletrizzazione dell'arteria mesenterica inferiore. Negli anni Trenta è ormai un chirurgo esperto: aveva infatti perfezionato la tecnica della resezione gastroduodenale con un personale metodo ricostruttivo, al quale non ha mai inteso legare il suo nome, e quella della coledoco-duodenostomia. Esegue anche i primi tentativi di derivazione porto-cavale e gli interventi sul simpatico per le arteriopatie e l'ipertensione arteriosa. Nel 1935, chiamato al letto di un paziente operato di ernia inguinale, diagnostica un'embolia polmonare e rapidamente esegue una toracotomia in maniera originale rispetto a quella che Friedrich Trendelenburg aveva descritto. L'invervento riesce e quello di Valdoni è il primo successo italiano, il nono al mondo. Una delle sue frasi più ricorrenti sintetizza la sua continua ricerca della perfezione, sempre però filtrata dalla convinzione che ll giusto equilibrio fra la spinta e la remora ad osare è stato certamente il suo punto di riferimento nella ricerca della migliore tecnica chirurgica.