A principios de 1948, el equipo de Leloir identificó los azúcarnucleótidos, que tienen un importante rol en el metabolismo de los hidratos de carbono.
Esta investigación abrió el camino para el control de una enfermedad que resultaba fatal para los recién nacidos. Antes de obtener el Nobel, en 1970, Leloir fue distinguido con el Premio de la Sociedad Científica Argentina (1955), entre muchos otros galardones como los otorgados por la Comisión Nacional de Cultura (1944), Bunge y Born (1965), Fundación Gaidner de Canadá (1966) y por la Asociación Química Argentina (1969). Para entonces, ya era director del Instiuto de Bioquímica de la Fundación Camponar,creada en 1947.

También fue autor de más de 200 trabajos sobre su especialidad, titular de la Academia Nacional de Ciencias Exactas y de la Asociación Argentina para el Progreso de la Ciencia y doctor "honoris causa" de la Universidad de París.
Poco después de ser elegido premio Nobel, una serie de fotos recorrieron el mundo. Las imágenes mostraban al científico, usando un guardapolvo gris y sentado en una vieja banqueta. Era un símbolo de su permanente humildad y de su lucha por lograr el avance de investigaciones en un contexto de dificultades económicas. Otra foto, publicada en Clarín el 11 de diciembre de 1970, registró el momento en que Leloir recibía el Nobel de manos del rey Gustavo Adolfo de Suecia. Leloir murió en 1987.