В 1503 г. Леонардо вернулся во Флоренцию, которая воевала с непокорной Пизой. Находясь ниже по течению Арно, Пиза контролировала выходы этой реки к морю. Осенью 1503 г. Леонардо консультировал работы по отводу Арно от Пизы. Их начали флорентийцы, стараясь лишить осажденный город воды. Работы проводились два месяца и были брошены — многие заранее предвидели их неудачу. Несколько лет спустя Леонардо в одной из своих записей осудил тот метод действий "напролом", который был принят при этих работах: "Река, которая должна повернуть из одного места в другое, должна быть завлекаема, а не ожесточаема насильственно…"
В Средние века Пиза была соперницей могущественной Генуи в борьбе за торговые пути в Средиземном море. В древности город Пиза — один из этрусских городов, с 180 г. до н. э. римская колония.
В Средневековье, будучи одной из четырех итальянских морских республик, постоянно соперничала за влияние на море и вела захватнические войны. Истинный период славы и процветания города приходится на начато X в. Город Пиза богател на глазах благодаря близости к морю и наличию своего флота.
В XI в., победив арабов, Пиза овладела Корсикой и Сардинией. Принимала участие в первом Крестовом походе 1096–1099 гг.
В Пизе археологи обнаружили останки древних кораблей и пристани, которые подтверждают славу города как одного из могущественных морских портов эпохи императорского Рима. О "золотом веке" приморской республики рассказывают здания соборного комплекса на Пьяцца деи Мираколи — Площади Чудес.
Здесь возвели крестообразный кафедральный собор, круглый в основании баптистерий, прямоугольный пантеон Кампосанто и ажурно-цилиндрическую башню, названную позже одним из чудес света. Пизанская башня была заложена 9 августа 1173 г. Построив первый этаж и два колоннадных кольца, архитектор Бонанус заметил, что Пизанская башня отклонилась от вертикали на 4 см, и прекратил строительство. В 1275 г. архитектор Джованни де Симоне решил, что можно продолжать строительство. К тому времени отклонение верхнего карниза башни от вертикали составляло около 50 см. Архитектор следующие этажи построил так, что с наклонной стороны они были на 5,7,9 см выше, чем с противоположной.
В 1350 г. достраивать Пизанскую башню взялся Томмазо Пизано. Наклон уже составлял 93 см. Пизано поднял шестой этаж на 11 см, а звонницу специально "завалил" в противоположную сторону от наклона башни. В XIX в. наклон уже составлял 4 м 10 см.
В 1990 г. башню закрыли для посещения. После 11 лет реставрационных работ международная бригада архитекторов передала знаменитую "падающую" башню обновленной и частично выпрямленной городским властям Пизы. Однако туристов не пускали на башню до ноября 2001 г.
В связи с проведением канала предложения самого Леонардо были совсем другого рода: не отвести воду от непокорной Пизы, а урегулировать течение Арно на всем его протяжении. Если в Милане, на Ломбардской низменности в бассейне реки По перед строителями каналов стояла в первую очередь проблема расширения сети торговых путей, то в Тоскане, в бассейне реки Арно, основной задачей было регулирование ее течения — борьба с наводнениями или, наоборот, с обмелением реки в разные периоды года.
Интересный проект большого канала от Флоренции до приморской Пизы сохранился в "Атлантическом кодексе" Леонардо. Сверху написано: "Канал Флоренции". Ниже обозначены пункты (справа налево): Флоренция, Прато, Пистойя, Серравалле, Лаго, Лукка, Пиза. Далее следует текст Леонардо: "И сделать этот канал шириною на дне в 20 локтей и наверху в 30 и глубиною везде в 2 локтя или 4, ибо 2 из этих локтей пойдут на пользу мельницам и лугам. Это облагодетельствует страну. Прато, Пистойя и Пиза вместе с Флоренцией получат ежегодный доход в 200 000 дукатов и предоставят для этой полезной цели рабочие руки и средства; точно так же и жители Лукки, ибо озеро Сесто станет судоходным. Нужно дать каналу направление через Прато и Пистойю, пересечь Серравалле и предоставить ему стекать в озеро; потому не нужны конхи или шлюзы, которые не только недолговечны, но и всегда требуют забот о приведении их в действие и в исправность".
Дальше Леонардо дает расчет стоимости различных вариантов. Это показывает, что его гидротехнические проекты не являлись пустым прожектерством, а были продуманы до конца, вплоть до деталей, со знанием дела, свойственным практику. Такой же практический характер носит детальный расчет труда землекопов.