Tornato a Firenze nel 1894, Gigli intraprese la carriera ospedaliera presso l'Ospedale di Santa Maria Nuova, dove assunse nel 1899 l'incarico di chirurgo interno e direttore delle medicherie esterne. Non abbandonò però le sue ricerche e nel 1901 decise di lasciare l'ospedale per dedicarsi completamente allo studio e all'attività privata. L'operazione ideata da Gigli si diffuse rapidamente in Europa, riducendo drasticamente la mortalità delle partorienti, tanto che nel 1904 Gigli poté annunciare all'XI Riunione della Società italiana di ostetricia e ginecologia in Roma che la sua tecnica era stata utilizzata positivamente in più di cento casi. In Italia però non ebbe lo stesso successo, nonostante la sua ricca attività scientifica.