Nel 1909 tornò a Firenze dove rimase presso l'istituto di patologia generale diretto da Alessandro Lustig Piacezzi. A Firenze Rondoni fece studi molto importanti sull'origine della pellagra, sul meccanismo d'azione della tubercolina e sull'allergia. Ottenuta la libera docenza nel 1911, fu dapprima professore di Batteriologia all'Università degli Studi di Firenze, e poi di Patologia generale a Sassari e Napoli. Nel 1924 si trasferì all'Università degli Studi di Milano, appena fondata, dove fu anche direttore dell'"Istituto Nazionale Vittorio Emanuele III per lo Studio e la Cura del Cancro" (1953).