L'anno successivo consegue la docenza in chirurgia toracica ed effettua il primo intervento chirurgico in Italia di sostituzione della valvola mitrale con una protesi artificiale; a questa operazione chirurgica seguono nel 1964 la sostituzione della valvola aortica e nel 1965 la sostituzione contemporanea della valvola mitrale e aortica. Diventa nel 1966 primario di ruolo della divisione di chirurgia toracica e socio onorario dell'Accademia Lancisiana di Roma. Nello stesso anno esegue i primi esperimenti di trapianto di cuore su animali: dal punto di vista chirurgico le operazioni hanno successo, ma si manifestano problemi di altra tipologia. Infatti all'epoca la legge italiana non permetteva la sostituzione di mono organi, permessa solo molti anni dopo e, inoltre, era difficoltoso stabilire con certezza la morte del donatore, tenuto conto che al momento in cui si effettua il prelievo dell'organo il cuore deve essere pulsante. Altri problemi sorgevano riguardo l'immunità e il rigetto da affrontare con adeguati farmaci non ancora sufficientemente testati.