La Clinica fu finalmente inaugurata nel maggio 1896, con una convenzione tra l'Istituto di studi superiori e la Provincia e la Commissione Amministratrice del Manicomio, in una palazzina di San Salvi, a circa 4 Km dal centro cittadino, dove dal 1891 era in funzione il nuovo manicomio intitolato a Chiarugi, al posto del vecchio Bonifazio, per il quale la Clinica svolgeva l'osservazione, stabiliva le ammissioni e anche gli affidi in famiglia dei pazienti migliorati in custodia domestica sussidiata dalla Provincia. La Clinica ebbe inoltre uno stretto rapporto con l'Istituto toscano per bambini tardivi, poi Istituto Umberto I, fondato nel 1899. Anche per l'ammissione dei bambini all'Istituto era la Clinica a dover rilasciare il certificato di idoneità necessario previa visita ed eventuale periodo di osservazione.
Primo direttore della Clinica dal 1895, e congiuntamente del manicomio, fu il valente Eugenio Tanzi che lo stesso Tamburini aveva suggerito alla Facoltà medica. A Firenze fondò la "Rivista di patologia nervosa e mentale" (1896-1994) con l'aiuto dell'assistente Ernesto Lugaro, la quale costituì un riferimento importante nella specialità, divenendo poi organo della Società italiana di neurologia. Autore del pluriedito Trattato di malattie mentali (1° ed. 1904) anche Tanzi entrò presto in contrasto con la Deputazione provinciale presieduta da Carlo Municchi che dal 1893 aveva la gestione diretta del manicomio, e nel 1902 il professore reclamò un'inchiesta contro le ingerenze nella direzione sanitaria. Vedendo respinto il proprio progetto di riforma, nel maggio 1903 si dimise da superintendente dell'asilo e mantenne però la cattedra universitaria; colleghi e studenti pubblicamente si schierarono dalla sua parte con un comitato "Pro-manicomio". Fra la Clinica psichiatrica universitaria e il Manicomio provinciale, tra una direzione scientifico accademica e una ospedaliera si consumò così il divorzio che fu sancito dal Regolamento, il quale comunque confermava che alla Clinica spettavano, oltre all'attività didattica e scientifica, anche le decisioni riguardo all'ammissione manicomiale.
Durante la Grande guerra la Clinica funzionò come Reparto di osservazione per militari dell'Ottavo Corpo d'Armata, divisione di Firenze e Livorno; arrivò a ricevere più di 800 militari compilando per ognuno di essi proposte mediche e legali a favore dell'Autorità Sanitaria Militare. La direzione lasciata da Tanzi nel 1931 per raggiunti limiti d'età passò a Mario Zalla, che potenziò il settore dei servizi ambulatoriali già attivo da alcuni anni. Nel 1932 aprì un dispensario esterno per l'assistenza extraospedaliera e la profilassi mentale, che curava ambulatorialmente anche i dimessi dall'ospedale psichiatrico; qualche anno dopo creò un reparto neuropatologico per encefalitici con la capacità di 64 posti letto, correntemente con la riforma che nel 1938 imponeva all'insegnamento della psichiatria di unirsi in posizione subordinata alla neurologia.
Alla morte di Zalla nel 1953, arrivò Filippo Cardona che fece collocare nella Clinica la sezione neurochirurgica voluta dal predecessore e già approvata dalla Provincia nel 1952. Al fine di sviluppare il reparto sanatoriale stipulò una convenzione per il ricovero dei pensionanti con la casa di cura neuropsichiatrica Villa dei Pini, situata sulle colline di Firenze. Dal 1959, la direzione della Clinica passò al professor Osvaldo Maleci che la mantenne fino al 1979. Il trasferimento prospettato sin da metà degli anni Cinquanta dall'area di San Salvi presso il Policlinico universitario di Careggi avvenne nel 1972, e cessò allora il rapporto con l'Ospedale psichiatrico che da lì a poco avrebbe intrapreso la deistituzionalizzazione fino alla chiusura prevista dalla legge 180 del 1978, quando la Clinica assunse il compito di servizio psichiatrico di Diagnosi e Cura per circa metà della provincia di Firenze nel quadro del Servizio Sanitario Nazionale varato quello stesso anno con la legge 833. Intanto nel 1976 l'insegnamento della psichiatria era tornato autonomo da quello neurologico (L. 29 aprile 1976, n. 238, Modifica della tabella XVIII allegata al regio decreto 30 settembre 1938, n. 1652, per la configurazione autonoma dell'insegnamento della psichiatria e della neurologia); l'Istituto di Clinica delle malattie nervose e mentali più volte mutava denominazione fino all'istituzione nel 1989 del Dipartimento di Scienze neurologiche e psichiatriche dell'Università di Firenze (cessato nel 2012) e sue successive trasformazioni.