En 1983 se trasladó a Madrid para participar en una exposición en la galería Montenegro. Dos años más tarde representó a España en la Bienal de Sao Paulo. El disfrute de la Beca Fulbright en Nueva York le abrió un nuevo camino, comenzó a trabajar con la galería Malborough y sus creaciones entraron en los circuitos de arte contemporáneo internacional.
De sus viajes a Grecia y América Central asimiló la rigidez de las esculturas arcaicas. Inspirado en el arte popular, sustrae del imaginario colectivo ideas que toman forma en esculturas rotundas, toscas, originales. Principalmente, su interés se centra en la figura humana, pero Leiro también representa arquitecturas y escenografías en sus composiciones y estructuras. En las obras del escultor se manifiesta el dominio de la luz y de los materiales con los que trabaja. La libertad y fuerza que desprenden invitan a ser contempladas desde todos los ángulos. Por esa forma de crear, unida a la crítica social de algunas de sus propuestas, ha sido vinculado a las corrientes surrealista y expresionista.
Desde 1986 sus obras se exponen regularmente en ARCO Madrid y participa en numerosas exposiciones individuales y colectivas, siendo un referente de la escultura contemporánea. Se pueden contemplar esculturas de Francisco Leiro en espacios públicos tanto en España como en el extranjero, es el caso de Sireno en la Puerta del Sol de Vigo, Homenaje a Castelao en Santiago de Compostela o el Astronauta en Valdemoro (Madrid). Forma parte de las colecciones de numerosos museos y colecciones públicas. Su larga trayectoria artística le ha hecho merecedor de la Medalla de las Bellas Artes de la CEOE (1989), la Medalla Castelao de la Xunta de Galicia (2000) o el Premio de las Artes en la XI edición ‘Gallegos del Mundo’ (2003).