W 1996 r. wstąpił do organizacji Lekarze bez Granic (MSF) i na rok przeniósł się z rodziną do stolicy Kambodży Phnom Penh. Po powrocie do pracy w Maceracie został prezesem włoskiego oddziału Lekarzy bez Granic. Brał również udział w kampanii skierowanej międzynarodowych firm farmaceutycznych, które utrzymują zaporowe, dla krajów Trzeciego Świata, ceny niezbędnych leków przeciwko AIDS, malarii i gruźlicy. W 1999 r. wszedł w skład delegacji Lekarzy bez Granic, która odebrała Pokojową Nagrodę Nobla przyznanej MSF. Z pieniędzy związanych z Nagrodą Nobla Urbani postanowił stworzyć fundusz promujący międzynarodową kampanię dostępu do niezbędnych leków dla najbiedniejszych krajów na świecie.
28 lutego 2003 r. Urbani został wezwany na konsultację do francuskiego szpitala w Hanoi w Wietnamie, do pacjenta, amerykańskiego biznesmena Johnny'ego Chena, który zapadł na ciężką chorobę, podejrzewaną ptasią grypę. Ponieważ identyczne objawy wystąpiły u kilku osób z personelu szpitala, Urbani zdał sobie sprawę z tego, że Chen prawdopodobnie zachorował na nową i wysoce zaraźliwą chorobę.