明朝崇祯二年（1629）五月初一，根据钦天监的预测，这一天上午将出现日偏食。清晨，钦天监的官员们就爬上了北京东城齐化门城头上的观象台，忙着做各种准备工作，他们有的用日晷来核对时间，有的看漏壶，也是为了定时间。还有的人搬出了几只盆子，里面盛着清水，这是供人们观察日食用的，因为长时间注视太阳，会损伤眼睛，所以观察日食，采用水中倒影的办法比较好。
根据预测，日食将于上午十点三刻得开始。可是，时间到了，太阳仍射着光芒，没有一点日食的迹象，官员们立刻紧张起来，有的人额头上沁出汗珠。因为在封建社会，日食预示着国家的兴衰治乱，所以一直是受到严肃对待的，如果预测出了差错，很可能丢官，甚至丢掉性命。
官员们谁也没敢走开，都站在观象台上等着。直到午初一刻（就是上午11时1刻），一个黑影开始出现在太阳的西南边缘，日食开始了。
这次日偏食，从开始到结束，共经两小时。比预测迟半小时开始，也比预测迟半小时结束。
钦天监在日食前早把预测情况报告了崇祯帝。日食以后，他们又把实际经过情况向崇祯帝作了报告。过了几天，礼部转来了崇祯帝的一项批示：
“钦天监推算日食，前后刻数皆有差谬。天文历法，事关国运兴衰，民生大计，岂可掉以轻心！应研究对策，防止错讹。对敷衍塞责、尸位素餐者，严惩不贷。”
负责推算日食的官员戈丰年看了这项批示，大吃一惊，面如土色。他立即带着这张批示，到礼部找徐光启。徐光启这时在礼部任左侍郎，相当于现在的副部长，钦天监正是他的属下。
戈丰年见到徐光启，也没顾上施礼就说：“徐大人，您看到了皇上给我们的批示了吗？”
“看到了，我也着急哪。”
“是呀，徐大人，您是知道的。”戈丰年说，“我们钦天监推算日食，都是按照元朝郭守敬《授时历》的推算方法，结果刻数不对，我们也没有办法。如果要预测的准确，必须把郭守敬的推算方法大加修改，但要修改，谈何容易，我们哪有这么大的才能？我们只好等待下次推算错误，让皇上严惩不贷了。”
徐光启笑了笑，安慰戈丰年说：“不要着急，我会替你们奏明的。郭守敬虽是有名的天文学家，但他的推算方法也不能说完全精确。我记得史书记载，他在世的时候，预报日月食出现过差错。现在时隔300多年，他所实测的许多数据，误差逐渐加大，使钦天监的预测，提前几刻或推迟几刻，是常有的事，怎能保证无错？如要完全不错，必须重新实测天文方面的许多数据，把郭守敬的历法大加修改才行。我把这意见奏明皇上，看皇上如何指示。你看如何？”
“大人这样说，真是救了我的命了！”戈丰年说。
提起历法，徐光启是很感兴趣的。20多年前，徐光启曾向利玛窦学过西洋历法，也同厐迪我、熊三拔（传教士）等人讨论过历法。传教士传来的西洋历法，虽然不拒绝采用哥白尼“地绕日转”的先进理论，但是他们把地球看成一个球，地有经度、纬度，因而推算日食、月食，比中国旧法更准确。徐光启曾在1610年用西法推算预测过一次日食，和实际出现的日食符合；所以1612年钦天监预测日食误差四刻以后，就有人建议由徐光启，李之藻等人和西洋教士共同修订历法，但当时明神宗没有批准，也就作罢了。现在徐光启任礼部左侍郎，钦天监工作在他职权范围之内，所以，他很想把旧历法进行彻底的修改，以西洋历法为主，力求贯通中西，制订出更精确的新历法。
他的打算得到了崇祯帝的批准。崇祯帝决定成立一个历局，和钦天监配合，专管修订历法工作。历局由徐光启负责，从南京调李之藻来协助，并把西洋传教士龙华民（意大利人）、邓王函（瑞士人）请来，翻译西洋天文学理论和测算方法。
徐光启到观象台上检查一遍，感到仪器太陈旧。天文数据出自仪器的观测，仪器陈旧，观测数据岂能精确？数据不精确，推算日月交食怎能准确呢？他决定改进和制造新的天文仪器，学习西洋的长处。例如，“万国经纬地球仪”、“列宿经纬天球仪”，虽然中国早就有过类似的仪器，但这次充分吸收了西方天文仪器的先进技术。至于制造三架天文望远镜来观测天体，更是中国从古所无，是中国天文观测的一大进步。
为了修订历法，徐光启主张广招人才。对那些世行天文理论，精于观测计算或精于制造天文仪器的人，不问原来有无官职，都量才选用。并且他还挑选能写会算的青年，作为学生，一面参加修历工作，一面学习天文知识。
经过三个月的筹划和奔走，历局的工作稍有头绪了。可是就在这时候，金军逼近北京，徐光启又接受了守卫京城制造兵器的任务，他不得不暂时放下历局的领导工作，以主要精力从事制造兵器和保卫京城。
在这次战争中，金军攻州打县，骚扰乡村，抢劫粮食，掳掠人口，明朝人民受到极大的损失。勉强可以自慰的，就是保住了北京城。按徐光启的看法，金军不敢再攻北京，也不敢再攻涿州，都是害怕西洋大炮。
涿州的西洋大炮哪里来的呢？是澳门商人送的。葡萄牙人以澳门为据点，垄断了欧洲和东方的贸易，每年获得很高的利润。这些商人为了讨好明朝，在1629年献给明朝四门大炮，由神父陆若汉率领军官、士兵和翻译等共2人，把大炮护送到北京。他们到涿州后，刚巧遇到金军南下，就担负了守卫涿州城的任务。直到金军撤离，他们才把大炮运进北京。
通过这次实战的检验，徐光启进一步认识了火器的威力。他认为中国必须仿造西洋火器才能克敌制胜。因为西洋火器“物料真，制作巧，药性猛，法度精”，打起仗来，发射快，射程远；有瞄准器，能精确命中；破坏力、杀伤力又强，小的能穿透几层铁军，大的一炮敌几百人。西洋大炮还装有车轮，便于进退行动。
徐光启主张趁金军撤走的时机，赶快整顿军备。他全力担负起铸炮、制火药、制炮弹以及教练使用火器的工作。澳门来的陆若汉等人，也被他挽留下来，协助工作。他还把西洋传教士罗雅各（意大利人）、汤若望（德国人）从河南、陕西请到北京来帮助制造火器。他请汤若望讲解西洋火器的制造和使用，记录整理出来，就编成了一部《火攻挈要》，作为中国人制造、使用火器的指南。徐光启是学习西方科学技术的伟大先驱者之一。
北京保卫战之后，徐光启又回到礼部任原职。他的精力又集中到天文历法方面来了。
徐光启亲自动笔起草了崇祯历书的第一本——《历书总目》。在《总目》中，他把历书的内容规定为五个方面：
（一）法原：就是天文学基础知识，包括太阳、月亮、五大行星（金星、木星、水星、火星、土星）、恒星在天空运行的规律，以及球面天文学原理等；
（二）法数：是观测计算得来的天文表，日、月、五星的运行情况都编成表格，便于查考；
（三）法算：是天文计算中用到的数字知识，主要是从西洋传来的三角学和几何学；
（四）法器：各种天文仪器的制造和使用说明；
