Como médico e administrador, a área da Saúde foi sempre prioridade para Adhemar de Barros. Em 1938, ao assumir como interventor, promoveu uma revolução: deu início à construção do Hospital de Clínicas da Faculdade de Medicina da USP, inaugurado em abril de 1944, considerado o maior hospital-escola da América Latina; o Hospital de Pronto Socorro, dos Institutos Bacteriológico, de Higiene e de Medicina Legal. Criou também o Departamento de Anatomia Patológica da Faculdade de Medicina de São Paulo e os Institutos Emílio Ribas e Adolfo Lutz.
Com isso, a Faculdade de Medicina da USP e seus institutos tornaram-se os principais do continente. Em 1938, anunciou também que a “criação do Departamento de Saúde obedeceu à necessidade urgente de colocar nosso aparelhamento de defesa da saúde pública à altura das exigências atuais”. Suas obras de saneamento, as campanhas de educação sanitária e de profilaxia das enfermidades endêmicas – como a tuberculose, lepra, pênfigo foliácio – tornaram habitável uma das cidades de pior qualidade de vida no Estado.
Dados dessa época mostram, por exemplo, que mais de 10% dos óbitos no Estado de São Paulo eram devidos à tuberculose e não havia um só leito oficial para esses doentes. No primeiro governo, de 38 a 41, deixou o Estado com cerca de 800 leitos para este fim e, no segundo governo, acrescentou mais 9 mil. Entre suas obras como interventor estão o Complexo do Mandaqui – com o Hospital Sanatório para Crianças Tuberculosas e o Pavilhão para pacientes adultos – e o Pavilhão Infantil Leonor Mendes de Barros, para atender crianças carentes, criado em 1941. A saúde mental e o atendimento a pessoas com diversos tipos de deficiências também tiveram toda a atenção de Adhemar.
Entre outros feitos, criou a Instituição de Assistência Social ao Psicopata e, no ano seguinte, inaugurou o Pavilhão Judicial no Juqueri que foi ampliado em 1948.
Em 1949, instalou o hospital para psicopatas em Rio Preto. Como Governador (1947-1951), criou e estruturou a Secretaria da Saúde, o Departamento de Engenharia Sanitária e a seção de Higiene do Trabalho e as Delegacias Regionais de Saúde, com a finalidade de descentralizar o setor.
As realizações de Adhemar de Barros na área da Saúde totalizaram, em todo o Estado, a criação de 67 hospitais, 5 Institutos, 70 postos e/ou centros de saúde, 60 postos de puericultura. Entre elas, os grandes hospitais regionais de Marília, Pariquera-Açu, Bauru, Botucatu, Ribeirão Preto; as estâncias de Águas da Prata, Lindóia, Águas de S. Pedro e Termas de Ibirá. Transformou Campos do Jordão em um grande centro especializado no atendimento da tuberculose.