De juin 1940 à juin 1941, Legnani, en tant que commandant de la "8 division navale", participe aux batailles de Calabre, Tarente et Cap Matapan, ainsi qu'aux opérations britanniques "Hats" (29 août - 1er septembre 1940) et "MB.5" (29 septembre - 2 octobre 1940), visant à approvisionner Malte. Après avoir quitté le commandement de la "8 Division", il est nommé le 10 décembre 1941 commandant de la flotte sous-marine italienne (en remplacement de l'amiral Mario Falangola), rôle qu'il conserve après sa promotion au rang d'amiral en 1942. Il dirige les opérations sous-marines italiennes en Méditerranée jusqu'à l'armistice du 8 septembre 1943. Durant cette période, il est également décoré de la Croix de Fer allemande de deuxième classe, ainsi que de la Croix d'Officier de l'Ordre Militaire de Savoie.