懷宗崇禎二年九月癸卯，開設歷局，命吏部左侍郎徐光啟督修歷法。先是，五月乙酉朔，日食，時刻不驗，上切責欽天監官。五官夏官正戈豐年等奏言：“《大統歷》乃國初監正元統所定，其實即元太史郭守敬所造《授時歷》也。二百六十年來，歷官按法推，一毫未嘗增損，非惟不敢，亦不能。若妄有竄易，則失之益遠矣。切詳歷始于唐堯，至今四千年，其法從粗入精，從疏入密。漢、唐以來，有差至二日一日者，后有差一二時者。至于守敬《授時》之法，古今稱為極密，然中間刻數，依其本法，尚不能無差。此其立法固然，非職所能更改，豈惟職等，即守敬以至元十八年成歷，越十八年為大德三年八月，已推當食而不食；大德六年六月，又食而失推，載在《律歷志》，可考也。是時守敬方以昭文殿大學士知太史院事，亦未能有所增改。良以心思技術已盡于此，不能復有進矣。”于是禮部覆言：“歷法大典，唐、虞以來，咸所隆重，故無百年不改之歷。我高皇帝神圣自天，深明象緯，而一時歷官如元統、李德芳輩，才力有限，不能出守敬之上，因循至今。后來專官修正，則有童軒、樂音、華湘等。著書考定，則有鄭世子載育、副使刑云路等。建議改正，則有俞正已、周濂、周相等。是皆明知守敬舊法本未盡善，抑亦年遠數贏，即守敬而在，亦須重改故也。況歷法一志，歷代以來，載之國史，若《史記》、《漢書》、《晉》、《唐書》、《宋》、《元史》，尤為精備。后之作者，稟為成式，因以增修。我國家事度越前代，而獨此一事，略無更定。如萬歷間纂修國史，擬將《元史》舊志謄錄成書，豈所以昭圣朝之令典哉！”已而光啟上歷法修正十事：“其一，議歲差，每歲東行漸長漸短之數，以正古來百五十年、六十六年多寡互異之說。其二，議歲實小余，昔多今少，漸次改易，及日景長短，歲歲不同之因，以定冬至，以正氣朔。其三，每日測驗日行經度，以定盈縮加減真率，東西南北高下之差，以步日躔。其四，夜測月行經緯度數，以定交轉遲疾真率，東西南北高下之差，以步月離。其五，密測列宿經緯行度，以定七政盈縮遲疾順逆違離遠近之數。其六，密測五星經緯行度，以定小輸行度遲疾留逆伏見之數，東西南北高下之差，以推步凌犯。其七，推變黃赤道廣狹度數，密測三道距度，及月五星各道與黃道相距之度，以定交轉。其八，議日月去交遠近及真會似會之因，以定距午時差之真率，以正交食。其九，測日行，考知二極出入地度數，以定周天緯度，以齊七政。因月食考知東西相距地輸經度，以定交食時刻。其十，依唐、元法，隨地測驗二極出入地度數，地輪經緯，以求晝夜晨昏永短，以正交食有無先后多寡之數。”因舉南京太仆寺少卿李之藻，西洋人龍華民、鄧玉函同襄歷事。疏奏，報可。故有是命。
三年夏五月，征西洋陪臣湯若望，秋七月，征西洋陪臣羅雅谷供事歷局。
四年春正月，禮部尚書徐光啟進《日躔歷指》一卷、《測天約說》二卷、《大測》二卷、《日躔表》二卷、《割圓八線表》六卷、《黃道升度》七卷、《黃赤距度表》一卷、《通率表》一卷。
夏四月戊午，夜望月食，徐光啟豫定月食分秒時刻方位。奏言：“日食隨地不同，則同地緯度算其日分多少，用地經度算其加時早晏，月食分數寰宇皆同，止用地經度，推求先后時刻。漢安帝元初三年三月二日日食，史官不見，遼東以聞。五年八月朔日食，史官不見，張掖以聞。蓋食在早，獨見于遼東；食在晚，獨見于張掖。當時京師不見食，非史官之罪，而不能言遼東、張掖之見食，則其法為未密也。《唐書》載北極出地，自林邑十七度，至蔚州四十度。元人設四海測驗二十七所，庶幾知詳求經緯之法矣。臣特從輿地圖約略推，開載各省。今食初虧度分，蓋食分多少，既天下皆同，則余率可以類推，不若日食之經緯名殊，必須詳備也。又月體一十五分，則盡入ウ虛，亦十五分止耳。而臣今推二十六分六十抄者，蓋ウ虛體大于月，若食時去交稍遠，即月體不能全入ウ虛。止從月體論其分數，是夕之食極近于二道之交，故月入ウ虛一十五分，方為食既。更進一十一分有奇，乃得生光，故為二十六分有奇。如《回回歷》推十八分四十七秒，略同此法也。”
冬十月辛丑朔，日食光啟復上測候四說。其略曰：“日食有時差，舊法用距午為限，中前宜加，中后宜減，以定加時早晚。若食在正中，則無時差，不用加減，故臺官相傳，謂日食加時有差，多在早晚，日中必合。獨今此食，既在日中，而加時則舊術在后，新術在前，當差三刻以上。所以然者，七政運行皆依黃道，不由赤道，舊法所謂中，乃赤道之午中，而不知所謂中者，黃道之正中也。黃赤二道之中，獨冬夏二至乃得同度，余日漸次相離。今十月朔，去冬至度數尚遠，兩中之差，二十三度有奇，豈可仍因食限近午，不加不減乎？若食在二至，又正午相值，果可無差，即食于他時而不在日中，即差之原尚多，亦復難辨。適際此日，又值此時，足為顯證，是可驗時差之正術一也。交食之法，既無差誤，及至臨期實侯，其加時亦或少有后先，此則不因天度而因地度。地度者，地之經度也。本方之地經度，未得真率，則加時難定其法。必從交食時測驗數次，乃可較勘畫一。今此食依新術測候，其加時刻分，或前后未合。當取從前所記地經度分，勘酌改定，此可以求里差之真率二也。時差一法，溺于所聞，但知中無加減，而不知中分黃赤。今一經目見，一經口授，人人知加時之因黃道，人人知黃道極之歲一周天，奈何以赤道之午正為黃道之中限乎？臣今取黃道中限，隨時隨地，算就立成。監官已經謄錄，臨時用之，無不簡便。其他諸術，亦多類此。足以明學習之甚易三也。該監諸臣所最苦者，從來議歷之人，詆為擅改。不知其斤斤墨守者，郭守敬之法，即欲改不能也。守敬之法，加勝于前矣，而謂其至今無差，亦不能也。如時差等術，蓋非一人一世之聰明所能揣測，必因千百年之積候，而后智者會通立法，若前無緒業，即守敬不能驟得之，況諸臣乎！此足以明疏失之非辜四也。有此四者，即分數甚少，亦宜詳加測候，以求顯驗，故敢冒昧上聞。”
六年冬十月，以山東布政司右參政李天經督修歷法時。徐光啟以病辭歷務，逾月卒，所著《崇禎歷書》幾百卷。
七年春正月乙巳，督修歷法山東右參政李天經疏言：“七政之余，依新法則火土金三星本年九月初旬會于尾宿之天江左右。木星于是月前，犯鬼宿之積尸氣，一時五緯，已有其四，非必以數合天，即天驗法之一據也。從來歷家于列宿借星，有經度無緯度，雖《回回歷》近之，猶然古法。故臣等所推經緯度數時刻，與監推各各不同。如本年八月秋分，《大統歷》算在八月三十日未正一刻，新法算在閏八月二日未初一刻一十分，相距兩日。臣于閏八月二日，同監局官生，測太陽午正高五十度零六分，尚差一分入交。推變時刻，應在未初一刻一十分，合新歷。隨取轉臣徐光啟從前測景簿，數年俱合。《春秋傳》曰：‘分，同道也；至，相過也。’二語可為今日節變差訛之一證。蓋太陽行黃道中線，迨二分而黃道與赤道相交，此晝夜之所以平，而分應所由起也。迨二至則過赤道內外各二十三度有奇，夫過赤道三十三度為真至，則兩道相交于一線，詎不為真分乎！太陽有平行，有實行，平則每日約行若干，而實則有多有寡，不獨秋分為然。謹將諸曜會合凌犯行度，開具禮部，委司官同監局官生詳議以聞。”
蒲城布衣魏文魁上言：“今年甲戌二月十六日癸酉，曉刻月食。今歷官所訂乃二月十五日壬申夜也。八月應乙卯月食，今乃以甲寅，遂令八月之望為晦，并白露、秋分，皆非其期，訛謬尚可言哉！”奏上，命文魁入京測驗。
秋七月甲辰，李天經上《歷元》二十七卷，《星屏》一。冬十一月，日晷星晷儀器告成，上命太監盧維、寧魏征至局驗之。先是，西儒羅雅谷、湯若望在歷局，造測儀六式：一曰象限懸
儀，二曰平面懸儀，三曰象限立運儀，四曰象限座正儀，五曰象限大儀，六曰三直游儀。復有弩儀、弧矢儀、紀限儀諸器，不錄。谷應泰曰：古今改歷者，無慮數十家。由黃帝訖秦凡六改，由
漢初漢末凡五改，由魏訖隋凡十三改，由唐訖周凡十六改，由宋初訖宋末凡十八改，由金熙宗訖元凡三改。其間杰然名家者，漢《太初》以鍾律，《唐大衍》以蓍策，元《授時》以晷景，而晷景為最密。
明太祖吳元年，太史令劉基率其屬進戊申《大統歷》。已而欽天監博士元統請以洪武甲子歲冬至為歷元，大約錫名雖殊，立成罔異，與《授時》都無增損。良以才非守敬，革故滋難也。自時厥后，建議改正，則有俞正已、鄭善夫、周濂、周相諸人。端官修治，則有童軒、樂音、華湘諸人。著書考定，則有鄭世子載育、副使邢云路諸人。志切持籌，事同筑室，言人人殊，旋復報罷。迄于萬歷，西儒來賓，繼軌迭至，一時象緯歷算之說，迥出尋常，默與天會。李之藻既推轂于定陵，徐光啟復連茹于懷廟，開局京圻，允稱甚盛。其法以二十四刻二十一分八十八秒六十四微為平行，歲實小余，而以均數加減之，則為定冬至。由是太陽有平行實行，而三百六十五度之盈縮因之。太陽有自行次輪，又次輪而朔望之遲疾因之。交食有時差、里差、視差，而食時之刻數分秒方位因之。有所為根數者，猶《授時》氣應也；引數者，猶《授時》盈縮歷遲疾限也；均數者，猶《授時》加減差也；黃道東行一分四十三秒余者，猶《授時》歲差一分五十秒也。至如午中分黃赤之辨，分至有贏縮之殊，而隨動、自動、疾動、遲動不同，則交道之廣狹生焉。闡微析幽，思出象表，雖使楊子譚玄，洛下握算，無以及此。眾言淆亂，迄未通頒。適我皇南向之辰，詔司天西歷之布，法象維新，璣衡愈密，豈非宏制尚闕于垂成，而大典終歸于有待哉！唐乎盛矣！