Вернувшись во Францию и возглавив родную лабораторию, Воронов продолжает свои исследования в области эндокринологии и хирургии, одержимый идеей продлить человеку молодость и жизнь. Свою деятельность во Франции Серж начал с успешной пересадки в 1912 году человеку фрагмента щитовидной железы шимпанзе.
Успех этой операции остался незамеченным, и спустя год, 8 декабря 1913 года, в присутствии 19 врачей он повторил эксперимент, «привив» правую долю щитовидной железы павиана 14-летнему юноше с задержкой развития. К отчету об операции прилагались фотографии мальчика до и после трансплантации, и на них были заметны явные изменения в его внешности, свидетельствующие о полном успехе пересадки.
Так в европейскую медицинскую науку на гребне успеха ворвался Серж Воронов — новая звезда французской физиологии и хирургии. Французские газеты буквально захлебывались статьями об операциях Воронова. Вот только один отрывок из статьи в иллюстрированном приложении «Искра» к газете «Русское слово», Париж, 1914 год: «Сенсационное открытие. Во Французской медицинской академии наш соотечественник, доктор Сергей Воронов — бывший сотрудник знаменитого А. Карреля, сделал сенсационное сообщение об операции, произведенной им в его клинике над 14-летним мальчиком-идиотом. С шестилетнего возраста умственное развитие этого мальчика остановилось, причем явно обозначались все признаки ненормальности и кретинизма: потухший взгляд, тупость и непонимание самых обыкновенных вещей. Воронов сделал этому мальчику прививку зобной железы обезьяны. Успех превзошел ожидания. У мальчика ожил взгляд, появились умственные способности, понятливость, любознательность».
Удивительно, но молодой человек, которому сделали «прививку» от павиана, смог быстро восстановиться после операции. Он догнал в развитии своих сверстников, получил образование и даже был признан годным к военной службе. В 1917 году он отправился на фронт.
Воронов, воодушевленный своим успехом, планировал продолжать подобные операции и совершенствовать технику трансплантации, но его грандиозные планы нарушила история — выстрел в наследника престола Австро-Венгрии эрцгерцога Франца Фердинанда стал поводом к Первой мировой войне.