Wojna zastała go w Szwajcarii. Matka, z pochodzenia Żydówka z Węgier, przeżyła ukrywana przez Polaków. 1 czerwca 1940 roku Leon Sternbach zatrudnił się w koncernie farmaceutycznym Hoffmann-La Roche w Bazylei, w którym pracował aż do 95. roku życia (2003).
W połowie 1941 wraz z żoną przeniósł się do Stanów Zjednoczonych, do nowo tworzonego ośrodka koncernu Roche w Nutley. Na początku opracował syntezę witaminy H, czyli biotyny.
Zsyntetyzował pierwsze na świecie benzodiazepiny: chlorodiazepoksyd (1957), diazepam (Valium) (1959), flurazepam, flunitrazepam, nitrazepam, klonazepam, także wiele środków bakteriobójczych, przeciwbólowych i przeciwwymiotnych. Jest autorem ponad 240 patentów. Odkrycia Sternbacha znacząco przyczyniły się do sukcesów koncernu, dla którego poświęcił niemal całą swoją karierę zawodową.
W 2005 wprowadzony został do National Hall of Fame of Inventors.
Swoje życie podsumował w słowach:
W czerwcu 2006 r. powstał film biograficzny o życiu Leona Sternbacha pt. „Chemia życia Leona Sternbacha”. W maju 2019 imię Leona