Después pasó a Siena, donde Ippolito Agostini le encomendó su primer encargo (1575), una Virgen con el Niño y los santos Antonio y Agüeda (Museo de la Opera del Duomo, Siena), así como la decoración del Palazzo Agostini (ahora Bindi-Sergardi) con alegorías basadas en Las Metamorfosis de Ovidio.

En 1582 llegó a Roma, donde pronto recibió importantes encargos para pintar al fresco diversas capillas en iglesias romanas.

Fue el más clasicista de los pintores que dominaban el panorama del arte romano a finales del siglo XVI.

Parece que mantuvo una relación amistosa con Caravaggio, cuyo estilo dramático pudo influir a Roncalli.

En su última época, Roncalli perdió algo de su energía, aunque pronto supo adaptarse a las novedades introducidas por Annibale Carracci y su taller, del que con el tiempo se convirtió en un competente seguidor.