Dal giugno 1940 al 20 giugno 1941 Legnani, quale comandante dell'VIII Divisione Navale, partecipò alle battaglie di Punta Stilo e di Capo Matapan, nonché al contrasto alle operazioni britanniche Hats (29 agosto-1º settembre 1940) e MB 5 (29 settembre-2 ottobre 1940) per il rifornimento di Malta. Lasciato il comando dell'VIII Divisione, venne nominato comandante in capo della Squadra sommergibili, ruolo che mantenne anche dopo la promozione ad ammiraglio di squadra il 1° gennaio 1942. Diresse quindi le operazioni dei sommergibili italiani nel Mediterraneo fino all'armistizio dell'8 settembre 1943; in questo periodo venne decorato anche con la Croce di ferro tedesca di seconda classe, mentre in precedenza aveva ricevuto la croce di ufficiale dell'Ordine Militare di Savoia.