В 1328–1330 гг. Амброджо уже числится среди членов флорентийской корпорации «Арте деи Медичи э дельи Специали» (цеховое объединение врачей и аптекарей, куда стали входить и художники). Неудивительно, что его флорентийская устремленность нашла отражение в работах этого периода – «Мадонна с Младенцем» (Милан, Пинакотека Брера), «Распятие» (Сиена, Пинакотека), «Мадонна с Младенцем» (Нью-Йорк, музей Метрополитен), а также во фресках, написанных в сиенской церкви Сан Франческо – «Мученичество францисканцев» и «Обет св. Людовика Тулузского», которыми так восхищался Вазари (эти фрески специалисты относят к 1324–1827 гг.). В «Мученичестве францисканцев» изображена сцена из истории Францисканского ордена. В 1277 г. семь проповедников-францисканцев были казнены в марокканском городе Сеута по приказу султана. Фреска увековечила этих борцов за веру. Несмотря на её плохое состояние, и сегодня можно видеть, насколько Лоренцетти продвинулся в изображении реального пространства и драматичности сюжета в сравнении с флорентийскими учителями. В 1330 г. Амброджо пишет фреску «Маэста» в капелле Пикколомини церкви Сан Агостино в Сиене. Ограниченность пространства не позволила мастеру развернуть тему; он изобразил меланхоличную Мадонну с Младенцем и восемь святых, предстоящих перед её троном. Фреска проста и незатейлива, однако в фигурах уже видна большая естественность, которая будет характерна для его последующих работ, в частности, фресок в Палаццо Пубблико. В этот период, судя по всему, Амброджо освобождается от чрезмерной флорентийской зависимости и вырабатывает свой индивидуальный стиль, для которого будет характерно как мастерское изображение пространства, так и найденная точка равновесия между передачей объёма и красотой линии. Этими новыми свойствами окрашены произведения, созданные Лоренцетти в 1330–1340 гг. В первую очередь, среди них исследователи называют удивительный «Полиптих св. Михаила» (1330–1335 гг., Ашано, Музей религиозного искусства), «Полиптих» из церкви Санти Пьетро э Паоло, Роккальбенья, «Сцены из жизни св. Николая» (1332 г., Флоренция, Галерея Уффици), панели полиптиха из церкви Санта Петронилла – «Мадонна с Младенцем», «Св. Доротея», «Св. Магдалина», «Успение» (Сиена, Пинакотека), большая алтарная картина «Маэста», написанная им для собора Муничипио в Масса Мариттима (1335 г.). Во всех этих работах исследователи видят изобретательность художника и раскованность его кисти. В них присутствует и нечто новое – психологизм, который объединяет персонажей в единый сюжет. Его образы становятся всё менее символическими и всё более человечными, а их жесты более естественными. В этом отношении Лоренцетти заглянул далеко вперед, однако следующее поколение сиенских художников по большей части перенимало у него внешнюю, декоративную канву, которая так ярко характеризует сиенскую художественную школу в целом. В этот же период, в 1335 г., Амброджо совместно со своим братом Пьетро создает фрески на фасаде Санта Мария делла Скала в Сиене, в которых были изображены «Сцены из жизни Марии» (об этих фресках сообщает Вазари, но они, к сожалению, не сохранились). Около 1340 г. Амброджо пишет фреску «Маэста» в лоджии сиенской ратуши – Палаццо Пубблико, которая дошла до наших дней в неважном состоянии. После того, как Симоне Мартини, который был в 1330 гг. как бы официальным художником сиенского правительства, по приглашению папы отбыл в Авиньон для работ над новой папской резиденцией, его место, опять же полуофициально, занял Амброджо Лоренцетти.