Frankfort a.M., waar hij tot 1593 bleef wonen en de uitgave van zijn gezamenlijke werken voorbereidde. Nadat de curatoren van de leidsche universiteit hem tot honorair professor in de botanie hadden benoemd, kwam hij den 19den October 1593 in zijn 68ste levensjaar voor het eerst binnen de stad Leiden. Alle 16 jaren, welke hij daar nog geleefd heeft, woonde hij ten huize van de weduwe van wijlen Nic. Stockius, op de Pieterskerkgracht.
In de eerste plaats leverde Clusius in dien tijd het plan voor den aanleg van den Hortus Academicus en zorgde door het verstrekken der benoodigde zaden ook voor zijn beplanting. Verder voleindigde hij hier de uitgave van zijn Opera omnia, waarvan in 1601 het eerste deel en in 1605 het tweede deel het licht zag.
Den 4den April 1609 overleed Carolus Clusius op ruim 83-jarigen leeftijd en werd den 7den in de toenmalige fransche kerk bijgezet. Na de begrafenis hield zijn collega Ever. Vorstius in de aula der universiteit een lijkrede. In 1819 is Clusius' grafsteen naar de Pieterskerk te Leiden overgebracht, waar deze zich thans nog bevindt.
De verdiensten van Clusius liggen behalve op het gebied van de wetenschap, ook op dat van de praktijk. Voor de botanische wetenschap zijn het vooral zijn eigen oorspronkelijke geschriften en daarnaast de uitstekende vertalingen, die hij van de werken van anderen gemaakt heeft.
Op het gebied der geneeskunst is hij nooit praktisch werkzaam geweest en het terrein der pharmacologie heeft hij uitsluitend betreden met zijn vertalingen.
Clusius' waardeering van de planten was een meer ideëele, in welke neiging hij zijn tijdgenooten ver vooruit was. Zijn grootste lust ging uit naar het floristisch onderzoek en zijn bereisdheid door gansch Europa deed hem zóóvele nieuwe planten kennen, als aan niemand vóór hem mogelijker was geweest. Zijn Hist. Stirp. Hispan. (1576) bracht de eerste botanische exploratie van het Iberisch schiereiland en tot in de 18de eeuw bleef dit werk de fundamenteele bron voor de flora van Spanje en Portugal. Evenzoo was zijn Hist. Stirp. Pannon. (1583) een meesterwerk, vooral ten aanzien van de hooggebergteflora van Oostenrijk en Hongarije. Deze beide plantenbeschrijvingen staan zoowel in systematisch opzicht, als wegens haar descriptieve waarde zéér hoog aangeschreven en vormen te zamen zijn voornaamsten botanischen arbeid, die met het volste recht als pionierswerk moet worden beschouwd. Clusius beschikte over een ongeëvenaard schoone latijnsche dictie, terwijl zijn botanische terminologie opvallend gunstig afstak tegen de gewoonte van dien tijd. Ook besteedde hij een buitengewone zorg aan de illustratie zijner werken.
Als wetenschappelijk pionier heeft hij zijn grootsten triomf gehad met de uitgave van zijn werk over de paddenstoelen, dat in 1601 als een supplement van zijn Rar. plant. hist. verscheen. Door zijn Fungorum historia moet hij ongetwijfeld als de eigenlijke grondlegger der mycologie worden aangezien.
Hij heeft zich echter niet bepaald tot enkel europeesche planten, want in zijn Exoticorum libri decem (1605) worden ook een massa gewassen en plantaardige producten uit Oost- en West-Indië beschreven. Ten slotte leverde hij nog uitstekend cartographisch werk door zijn kaart van Gallia Narbonensis in den atlas van Abr. Ortelius en door zijn beroemde kaart van Hispania, die afzonderlijk verscheen.
De vertalingen, die hij van verschillende boeken