Po śmierci Piusa IX konklawe odbyło się w Watykanie. Papieżem został wybrany Gioacchino Vincenzo Raphaelo Aloisio Pecci, który przyjął imię Leon XIII. Koronacja odbyła się w Kaplicy Sykstyńskiej i papież udzielił błogosławieństwa "Urbi et orbi" z loggi bazyliki św. Piotra.
Leon XIII potępił masonerię, socjalizm, komunizm i nihilizm. W kilku encyklikach zmodernizował tradycyjne nauczanie Kościoła na temat państwa, władzy, relacji państwo-Kościół, wolności obywatelskich, roli katolików świeckich w życiu społecznym. Pisał o niesprawiedliwości społecznej. Wypowiedzi Leona XIII w encyklice "Rerum novarum" z 15 maja 1891 r. na temat sprawiedliwości społecznej zyskały mu tytuł "papieża robotników". Papież poświęcił jedenaście encyklik Najświętszej Maryi Pannie, dwie odkupicielskiej roli Chrystusa i Eucharystii.
W encyklikach "Praeclara gratulationis" i "Satis cognitum" po raz pierwszy w podzielonym Kościele papież Leon XIII powiedział o braciach odłączonych i zabiegał o zjednoczenie całego Kościoła. W 1892 r. Leon XIII mianował pierwszego delegata apostolskiego na Stany Zjednoczone.
Papież Leon XIII w encyklice "Caritatis" z 19 marca 1894 r. jako jedynym dokumencie papieskim w 123-letniej niewoli Polski pod zaborami, mówił o jednym narodzie polskim choć różniącym się mową i obrządkiem kościelnym.
Leon XIII zmarł w Rzymie i został pochowany w bazylice św. Piotra. W 1924 r. jego ciało przeniesiono do bazyliki św. Jana na Lateranie.