1278年，郭守敬在大都设计建造了太史院和观天台，还主持了东起朝鲜半岛，西至四川、云南和河西走廊，南及南中国海，北尽西伯利亚，南北跨度5000多千米，东西行程2500多千米的大规模的“四海测量”活动。郭守敬精密的天文测量，为创定新历提供了精确的天文实测数据。1281年，《授时历》在全国颁行。《授时历》所定一年周期为365.2425天，与现行公历几乎相同，但却比西方现行的公历早了几百年。《授时历》一直使用到明朝末年，还东传到日本和朝鲜。
《钦定授时通考》书影
在水利方面，郭守敬也取得了很大的成就。1260年，郭守敬帮助大名路长官张文谦到各地勘测地形，筹划水利工程。1262年，经张文谦推荐，郭守敬向元世祖忽必烈提出了6条水利方面的建议，被元世祖任命为提举诸路河渠，后来又提升为银符副河渠使。1264年，郭守敬在西夏修复水利工程，9万多公顷的良田得到了灌溉。完成修渠工程后，郭守敬又去探求黄河的发源地，是中国历史上第一个以科学考察为目的，探求黄河源头的人。
