Την άνοιξη του 2007 είχε μπει στον χορό της απόκτησής του και η Μπενφίκα που συζητούσε τον παράλληλο δανεισμό του τερματοφύλακα Μαρτσέλο Μορέτο (πέρασε για μια χρονιά από την ΑΕΚ σκορπώντας άφθονο γέλιο) στην Πορτουγκέζα με το ποσό της διαπραγμάτευσης που ανέφεραν τότε τα πορτογαλικά ΜΜΕ να φτάνει το ένα εκατομμύριο δολάρια. Το πράγμα κόλλαγε στο ιδιότυπο ιδιοκτησιακό του καθεστώς, καθώς η ομάδα κατείχε το 65% και ο ατζέντης του το 35%. Σε εκείνο το σημείο εμφανίστηκε ο αρχι-scout τότε του Ολυμπιακού, Ανδρέας Νινιάδης, ο οποίος παρακολούθησε επανειλημμένως τον παίκτη και "έβαζε το χέρι στη φωτιά" για την αξία του (να πούμε εδώ οτι η μεταγραφή του Λεονάρντο όπως και αυτή του Ντιόγο ήταν οι βασικοί λόγοι που η θητεία του Ανδρέα Νινιάδη σε ρόλο chief scout χαρακτηρίστηκε - όχι άδικα - αποτυχημένη).
Ο Ολυμπιακός τελικά δαπάνησε ένα ποσό γύρω στα 2,5 εκ. ευρώ για το 65% που ανήκε στην ομάδα για να αποκτήσει τον Βραζιλιάνο αριστερό μπακ, κόστος υψηλό για παίκτη που έπαιζε στην Β' κατηγορία σε όλη του την καριέρα και μάλιστα στη συγκεκριμένη θέση. Η μεταγραφή έκλεισε και ο Λεονάρντο ήρθε στον Ολυμπιακό παίρνοντας φανέλα βασικού από τα πρώτα παιχνίδια. Με την ταχύτητα του βοήθησε αρκετά στον δεύτερο γύρο της σεζόν 2007-2008 ενισχύοντας την αριστερή πλευρά που είχε εκτός τον μονίμως τραυματία Ραούλ Μπράβο και τον 36άρη Τζόρτζεβιτς και έκλεισε τη σεζόν νταμπλούχος, σημειώνοντας 15 συμμετοχές συνολικά.
Η
νέα σεζόν δεν ξεκίνησε με τους καλύτερους οιωνούς. Ο Λεονάρντο είχε
έναν τραυματισμό στις αρχές της περιόδου και έχασε τη θέση του στην
11άδα από τον Ντιντιέ Ντομί, ο οποίος ήταν η πρώτη επιλογή του νέου
προπονητή, Ερνέστο Βαλβέρδε. Ο Λεονάρντο εκείνη τη σεζόν είχε μόλις 13
συμμετοχές στις οποίες δεν έδειξε κάτι το ιδιαίτερο. Τα πράγματα άλλαξαν
προς το καλύτερο για τον Βραζιλιάνο τη σεζόν 2009-2010, όταν αποτέλεσε
βασική επιλογή του νέου προπονητή, Τιμούρ Κετσπάγια, ο οποίος αποφάσισε
να τον χρησιμοποιήσει ως αριστερό χαφ στη θέση του Πρέντραγκ Τζόρτζεβιτς
που εγκατέλειψε την ενεργό δράση. Ο Βραζιλιάνος ξεπλήρωσε την
εμπιστοσύνη του Κετσπάγια με γκολ, καθώς στο πρώτο επίσημο παιχνίδι της
ομάδας για τη νέα σεζόν (29/07/2009 με τη Σλόβαν Μπρατισλάβας) πέτυχε
και το πρώτο του γκολ με τη φανέλα του Ολυμπιακού. Η καλύτερη σεζόν για
τον Λεονάρντο από πλευράς συμμετοχών και γκολ (31 συμμετοχές / 4 γκολ,
ένα εκ των οποίων στη φάση των ομίλων του Champions League, στον
νικηφόρο αγώνα με την Άρσεναλ στο Καραϊσκάκη) συνέπεσε με τη χειρότερη
χρονιά του Ολυμπιακού στην 20ετία, καθώς η ομάδα που άλλαξε τέσσερις
φορές προπονητή (Κετσπάγια, Μπάντοβιτς, Ζίκο και ξανά Μπάντοβιτς) έχασε
όχι μόνο το πρωτάθλημα, αλλά και την έξοδο στο Champions League.Η σεζόν 2010-2011 βρήκε τον Ολυμπιακό με... νέους προπονητές και πρόεδρο, αφού αρχικά ανέλαβε ο Έβαλντ Λίνεν, αποχώρησε από την προεδρία ο Σωκράτης Κόκκαλης και ανέλαβε ο Βαγγέλης Μαρινάκης, ο οποίος έδιωξε τον Λίνεν μετά τον αποκλεισμό από την Μακάμπι στο Europa League και έφερε ξανά τον Ερνέστο Βαλβέρδε. Ο Λεονάρντο δεν χώραγε στα πλάνα του Ισπανού τεχνικού αφού εκτός του οτι δεν είχε πείσει για την αξία του στα 2,5 χρόνια του στον Πειραιά, έπιανε και θέση ξένου και έτσι δόθηκε δανεικός στην Ιντερνασιονάλ, για να επιστρέψει έτσι στην πατρίδα του. Στην Ιντερνασιονάλ έγραψε 3 συμμετοχές στο ξεκίνημα του και στη συνέχεια... χάθηκε, αφού κάποια στιγμή βρέθηκε να αγωνίζεται στην 2η ομάδα! Τελικώς το καλοκαίρι του 2011 το συμβόλαιο του λύθηκε και έμεινε ελεύθερος, για να υπογράψει λίγες ημέρες αργότερα 6μηνο συμβόλαιο με τον ΠΑΟΚ.
