Ook op het WK 1934 liep het snel mis. In deze editie werd onmiddellijk met rechtstreekse uitschakeling gewerkt. Spanje stond na een half uur al 3-0 voor. Leônidas maakte wel nog de 3-1, maar daar bleef het bij. Vier jaar later ging het eindelijk beter. In een wervelende wedstrijd tegen Polen werd het na verlengingen 6-5, daarna werd ook Tsjecho-Slowakije uitgeschakeld. In de halve finale verloren de Brazilianen dan van Italië en in de wedstrijd om de derde plaats kon het team Zweden nog opzij zetten met 2-4. Leônidas werd met zeven doelpunten topschutter van het WK en was zo de eerste Braziliaan met wereldfaam.