27 stycznia 1864 roku Mayo zamieścił ogłoszenie w „Rochester City Post” informujące o otwarciu prywatnej spółki medycznej, która miała udzielać pomocy zarówno w dzień jak i w nocy (all calls answered by day or night).
Obaj synowie lekarza, William James Mayo (1861–1939) i Charles Horace Mayo (1865–1939) dorastali w Rochester, i uczęszczali do szkoły medycznej. William ukończył naukę w 1883 roku, a Charles w 1888 roku i po zakończeniu edukacji dołączyli do ojca.
Kiedy pod koniec sierpnia 1883 roku przez Rochester przeszło tornado (37 ofiar śmiertelnych i 200 osób rannych) W.W. Mayo powołany został na stanowisko zarządzającego improwizowanym szpitalem, w którym siostry ze zgromadzenia Sisters of Saint Francis pomagały mu ratować rannych. Siostra przełożona zaproponowała budowę stałej placówki medycznej, zapewniając dostateczną sumę pieniędzy na ten cel, i powierzyła Mayo opiekę nad nowo powołaną instytucją. Szpital otwarto w 1889 roku pod nazwą Saint Mary’s Hospital. Placówka szybko stała się popularna, wpierw jako Mayo Clinic, a później (1915) jako Mayo Foundation.
thumb|left|St. Mary’s Hospital (1910)