Nel 1941 si unisce al professor Ragnar Granit, Premio Nobel per la medicina nel 1967, presso l'istituto di neurofisiologia dove presentò la sua tesi su "le fibre nervose gamma" nel 1945. Leksell, lavorando con Granit e Skoglund, descrisse il fenomeno delle "sinapsi artificiali" causato da una pressione applicata su un nervo che provocava nevralgia, in particolar modo del trigemino. Nel 1946 diviene il dirigente della nuova unità di neurochirurgia e nel 1958 professore di chirurgia presso l'università di Lund. Fu presso il Istituto Karolinska che, nel 1960, gli viene assegnata la cattedra di neurochirurgia succedendo al suo maestro Dott. Herbert Olivecrona, che fu il fondatore nel 1920. Nello stesso momento divenne primario del reparto di neurochirurgia presso il Serafimer Hospital. Leksell muore nel 1986 a 78 anni durante una passeggiata sulle alpi svizzere.