Meno di un anno dopo il suo esordio col Padova, Leoni è stato ingaggiato dalla Sampdoria, squadra di Serie B, che lo ha acquistato il 1° febbraio 2024 in prestito per sei mesi con opzione di riscatto.
All'epoca Andrea Pirlo era l'allenatore dei blucerchiati e il campione del mondo, che durante la sua illustre carriera ha giocato al fianco di alcuni dei migliori difensori di tutti i tempi, ha capito che Leoni era destinato a giocare in Serie A dal primo momento in cui lo ha visto in azione.
La speranza era che lo facesse con la Samp, ma dopo l'eliminazione al turno preliminare dei play-off per la promozione, i blucerchiati, a corto di liquidità, non hanno avuto altra scelta che monetizzare con uno dei loro beni più preziosi.
A quel punto, l'Inter e la Juventus erano interessate a Leoni, che aveva giocato più minuti di qualsiasi altro giocatore Under 18 nella seconda metà della stagione 2023-24, ma è stato il Parma, neo-promosso in Serie B, ad accettare la richiesta della Sampdoria di 5 milioni di euro iniziali e 3,5 milioni di euro di bonus.
Come prevedibile, Leoni si è rivelato un vero affare. Anche se ha impiegato un po' di tempo per ambientarsi, è entrato nella rosa del Parma allenato da Fabio Pecchia a novembre, prima di diventare titolare fisso sotto la guida di Christian Chivu negli ultimi quattro mesi della stagione.
"Sappiamo tutti cosa può diventare Leoni - ha dichiarato Chivu poco dopo aver sostituito Pecchia, esonerato a febbraio - Ora sta a noi e a lui realizzare il suo potenziale".