Legò il suo nome principalmente ai Mondiali di Francia nel 1938. L'obiettivo era la vittoria finale, ma il cammino del Brasile fu arduo. Negli ottavi la "Seleção" era attesa dalla Polonia e il terreno del "Meinau" di Strasburgo, in cattive condizioni a causa della pioggia incessante, era pesantissimo: nonostante ciò andò in scena una partita superba, con i due campioni, Leônidas da una parte e Ernst Willimowski dall'altra, che realizzarono rispettivamente 3 e 4 goal. La spuntarono, solo ai supplementari, i brasiliani con un roboante 6-5. Nei quarti al Brasile occorsero due incontri (1-1 e 2-1, un goal di Leônidas in ambedue i match) per eliminare un'altra grande del tempo, la Cecoslovacchia. In semifinale il Brasile raggiunse l'Italia campione del mondo in carica, ma la "Seleção" scese in campo senza Leônidas. Secondo alcuni il ct brasiliano Pimenta, convinto della vittoria (al punto che i brasiliani avevano già prenotato l'aereo per Parigi, teatro della finale), aveva concesso un turno di riposo al campione per averlo più fresco in finale. Tuttavia altre fonti affermano che il fuoriclasse brasiliano fosse effettivamente infortunato. Però gli azzurri, che di lì a poco avrebbero bissato il successo di quattro anni prima, batterono il Brasile 2-1. Per Leônidas le uniche consolazioni vennero dal terzo posto conquistato a spese della Svezia (4-2, con sua doppietta) e dal titolo di capocannoniere del torneo con 7 gol.