除了在水利方面，在曆法方面郭守敬也是成績斐然。元世祖忽必烈從鞏固其封建統治出發，順應當時歷史發展的要求，重視發展農牧業生產。至元十三年（1276年），這也就必須決定改革曆法，於是他派王恂主持這項工作，同時，郭守敬首先提出：“歷之本在於測驗，而測驗之器，莫先於儀表”的革新主張。他認為只有打破陳規，根據天象觀察、實驗，才能定出比較準確的曆法。
於是，郭守敬就在宋代原儀器的基礎上進行改制，並在實踐中重新設計，在3年的時間裡，改制和重新創造了10多種天文儀器。其中主要的是簡儀、赤道經緯和日晷三種儀器合併歸一，用來觀察天空中的日、月、星宿的運動，改進後不受儀器上圓環陰影的影響。高表與景符是一組測量日影的儀器，是郭守敬的創新，把過去的八尺改為四丈高表，表上架設橫樑，石圭上放置景符透影和景符上的日影重合時，即當地日中時刻，用這種儀器測得的是日心之影，較前測得的日邊之影精密得多，這是一個很大的改進。
郭守敬還根據“四海測驗”的結果，並參考了1000多年的天文資料，70多種曆法，互相印證對比，排除了子午線日月五星和人間吉兇相連的迷信色彩，按照日月五星在太空運行的自然規律，在至元十七年（1280年），編製成了新曆法——《授時曆》。
《授時曆》推算出的一個回歸年為365.2425日，即365天5時49分20秒，與地球繞太陽公轉的實際時間，只差26秒鐘，和現在世界上通用的《格里高利曆》（俗稱的陽曆）的周期一樣，但《格里高利曆》是1582年（明萬曆十年）開始使用，比郭守敬的《授時曆》晚300多年，可見郭守敬所編《授時曆》的偉大性。
郭守敬一生為科學事業嘔心瀝血，直到年近七旬之時，還擔負著興建鐵幡竿水渠工程的重任，並親自勘測了這一地區的全部水文地質情況，制定了工程方案。可惜，當時主管這項工程的官員缺乏遠見，把郭守敬所定的河道寬度減少了三分之一。結果，一到雨季，山洪直涌河道，由於河道狹窄，大水外溢，兩岸頓時變成一片汪洋，百姓的生命財產遭到巨大損失，連元成宗的行宮也險些被沖毀。這位皇帝不由跌足嘆道：“可惜當初沒聽郭太史的話！”
為了肯定郭守敬對人類的貢獻，國際天文學會將美國在月球上發現的一座環形山命名為“郭守敬山”。1977年，經國際小行星研究會批准中國科學院紫金山天文台把他在1964年發現的編號為2012號小行星，正式命名為“郭守敬星”。歷史應該記住這位“學究天人”給我們現代人生活帶來的改變，他的名字就是郭守敬。
第三章“衣被天下”黃道婆