W 1949 roku Sørensen wraz z kolegą z olimpijskiej drużyny Karlem Aage Hansenem dołączył do zespołu Atalanty BC z włoskiej Serie A. Transfer Leschly’ego nastąpił w wyniku polecenia go właśnie przez Hansena. Pierwszy występ Sørensena w drużynie "Nerazzurri" to mecz towarzyski z jego byłą drużyną Odense na Odense stadion. Leschly miał wprowadzić zespół na boisko, ale Karl Aage Hansen zatrzymał pozostałych graczy a były zawodnik Odense wyszedł na plac gry sam by otrzymać gromkie brawa od kibiców. Sørensen spędził cztery sezony w Atalancie strzelając 51 goli w 134 meczach. W czasie jego pobytu w Atalancie grali tam również jego rodacy Poul „Rassi” Rasmussen i Svend Jørgen Hansen. W 1953 przeniósł się do ligowego rywala A.C. Milan, w którym grał przez dwa sezony strzelając 28 goli w 64 meczach. Zdobył "scudetto" w sezonie 1954-55, zanim opuścił "rossoneri" w 1955 roku. Milan zaproponował mu przedłużenie kontraktu, ale Sørensen zdecydował się na powrót do Danii. W sierpniu tego samego roku został wybrany do europejskiej reprezentacji w meczu przeciwko drużynie Wielkiej Brytanii z okazji 75-lecia Związku Piłkarskiego Irlandii Północnej. Zadaniem Sørensena w tym meczu była neutralizacja poczynań ofensywnych angielskiego piłkarza Stanleya Matthewsa co się powiodło, ponieważ drużyna Europy wygrała 4-1.