Nel 1939, a Modena, affronta con successo il primo intervento in Europa di legatura del dotto di Botallo. In questo periodo è anche uno dei pionieri mondiali nell'ambito delle lobectomie polmonari. Trasferitosi poi a Firenze nel 1941, abita con la famiglia in Via Zara da dove in bicicletta si spostava per la sua attività all'ospedale di Careggi e alle case di cura di Villa Vittoria e di Villa Basilewsky. Per ridurre il pericolo dei bombardamenti, che nel 1944 avevano seriamente danneggiato la Clinica chirurgica di Careggi, spesso Valdoni è costretto a operare di notte. Proprio durante la guerra, approfittando dei periodi di coprifuoco imposti dal comando tedesco, Valdoni scrive il "Manuale di Patologia Chirurgica". A Firenze, attraverso Cesare Frugoni, entra in contatto con Luther H. Wolff, un chirurgo dell'armata statunitense. Quest'ultimo, assistendo Valdoni in molti interventi tra cui morbo di Pott e ulcera gastroduodenale, constata l'efficacia delle innovative tecniche usate del Professore italiano. Nasce così quel rapporto di stima e di amicizia che corre tra Valdoni e i chirurghi statunitensi. Essi visiteranno spesso la sua futura Clinica di Roma e assisteranno ammirati ai suoi interventi.