La Bataille de San Romano (vers 1456), 180 × 316 cm, détrempe sur bois, collection du musée du Louvre. Il est l'un des peintres les plus représentatifs de l'école florentine, dans la continuité de l'art de Massaccio et également profondément influencé par Brunelleschi et Donatello. Toute sa vie, il s'est consacré à l'étude de la perspective ; dans ce naturalisme issu du réalisme, à travers des lignes audacieuses, des couleurs riches et des formes complexes, il tente de saisir le volume des objets et, dans une organisation rigoureuse, présente parfaitement un espace perspectif d'une grande acuité. Sa peinture atteint souvent la perfection entre verticalité et parallélisme, chaos et ordre, sensibilité et raison, réel et imaginaire.

Sa plus grande contribution à l'histoire de l'art est la perspective, en particulier dans son chef-d'œuvre en série « La Bataille de San Romano ». La Bataille de San Romano est un triptyque, chef-d'œuvre absolu d'Uccello : le panneau de gauche est conservé à la National Gallery de Londres, le panneau central au musée du Louvre à Paris, et le panneau de droite à la galerie des Offices à Florence. Cette série dépeint la scène grandiose d'une bataille acharnée en pleine campagne entre l'armée florentine et l'armée voisine de Sienne. À l'examen attentif, elle présente un caractère dramatique évoquant des jouets de chevaliers-marionnettes ; dans le climat de naturalisme et de réalisme de la Première Renaissance, à travers ses couleurs riches, ses formes complexes et sa tentative de saisir le volume des objets, elle manifeste une perspective particulièrement aboutie, notamment par les images superposées et entrecroisées, les lignes de fuite extensibles, ainsi que la taille et la position des objets.

Cette série d'œuvres atteint la perfection entre verticalité et parallélisme, chaos et ordre, sensibilité et raison, réel et imaginaire. Cette recherche perspectique rigoureuse et parfaite d'Uccello est ainsi devenue le modèle de la peinture en perspective de l'époque. Il est évident que l'inspiration de ses chevaliers-marionnettes et de ses chevaux provient des sculptures en pierre de la Rome antique, et non d'objets réels.