精心培育造就科学人才，是徐光启主持修历期间的又一贡献。他以一个科学家的长远眼光和博大胸怀，把历局办成了一个延揽八方英才的科学家摇篮，表现出非凡的领导才能。在用人方面，他采用广咨博取、不拘一格的方针，果断宣布：“不拘官吏生儒，草泽布衣，但有通晓历法者，具文前来”，“果有专门名家亦宜兼收”。他把能明度数本原、精通测验推步、善于制造大小仪器的人选为“知历人”，参与修历，还招考能书善算的年轻人为“天文生”，进行重点培养。历局中不但有李之藻这样的对天文历法造诣甚深的中国学者，也有知晓西法的外国传教士龙华民、邓玉函、罗雅谷、汤若望等。为使修历大业后继有人，徐光启在培养扶持后生晚辈上倾注了极大的热情。他自知病重，便于1633年（崇祯六年）10月31日上疏，大力举荐原山东布政司右参政李天经，说他“博雅沈潜，兼通理数，历局用之尤为得力”，请求派他接替自己主持历局事务。李天经果然不负所望，在徐光启去世后秉承遗愿，主持完成了《崇祯历书》。徐光启很重视培养官生。每一部书稿编写完，就把它作为教材向官生传授。这样做的结果，待到新历编成，一大批掌握新历法的天文学专门人才也就培养出来了。对历局工作人员的劳动成果，徐光启是十分尊重的。他在临终前还特意上疏，保举改历有功人员和学业优良的官生。历局全体人员团结一致，通力合作，终于使《崇祯历书》这部煌煌巨著得以顺利完成。
在巩固内部，充分发挥修历人聪明才智的同时，徐光启还同反对改历的保守势力进行了不懈的斗争。修改历法在封建社会是关系王朝统治的大事，一些拘守旧法冥顽不化的人，处心积虑地设置障碍，阻挠修历。1595年（万历二十三年）和1612（万历四十年）改历的呼声两度形成高潮，但终因这些人以“祖宗之制不可变”为辞极力阻止而夭折。新的历局设立以后，旧法与新法的论争也从未中断。徐光启从中国天文学发展的历史实际出发，反复阐说我国的历法正是由于不断改革而逐步完善的，治历要依据天时的变化，不能拘泥古法而违背天象。他为了回答来自守旧人物如冷守中、魏文魁之流的攻击，专门写了《学历小辩》一书。
他在书中揭露了冷守中历书玩弄的神秘数学游戏，又指出魏文魁的历法书不但数据陈旧，理论和方法上也有许多矛盾和漏洞。徐光启还采取了用事实说话的办法，凡遇有日食、月食，他都预先公布推算结论，然后在北京观象台和国内其他地方观象测验，用测验的结果证实新法的正确和优越，借以回击守旧派，说服那些对新法怀有疑虑和成见的人。
徐光启对待修历的工作态度十分感人。当时他已是年近七旬的老翁，且又体弱多病，可对科学事业仍一丝不苟。每次观测，他总要登上观象台，亲自操作仪器或进行指导。1630年（祟祯三年）12月31日，他登台安排观测事宜，不慎失足坠落，腰膝受伤，很长时间难以行走。1632年（崇祯五年）5月4日月食，他不顾七十高龄，仍于夜间率领钦天监官员和历局人员一同登台，守候在仪器旁进行观测。当年6月，他以礼部尚书兼东阁大学士入阁办事，白天处理完繁忙的公事；入夜回到寓所，仍秉烛奋笔，审订新编成的历书草稿。1633年11月7日是他生命的最后一日，他念念不忘修历之事，再次上疏崇祯皇帝，推荐李天经接替历局事务。
他身居高位，操守清介。死后囊无余资，官邸萧然，除却几件旧衣服，留下的只有一生著述的书稿。
《崇祯历书》虽非最后完成于徐光启之手，可他对于新历的贡献是其他人无法比拟的。
这部凝聚了徐光启半世心血的天文学巨著，在他去世后的第二年（1635年，崇祯八年）全部告竣。全书洋洋一百三十七卷，先后分五次进呈。其中徐光启本人进呈三次，李天经进呈二次，李天经进呈的也多是经徐光启定稿和审改过的。《崇祯历书》是在明末中西文化交流新高潮的背景下完成的，是中外学者共同努力的智慧结晶。它不仅对传统天文学作了一个总结，有了新的发展，而且大量吸收了欧洲天文学的先进成果。它的问世，标志着我国传统天文学开始走上世界近代天文学发展的轨道。
与传统天文学比较，《祟祯历书》有许多新的改革和进步。它的主要成就反映在下述几个方面：引入了明确的地圆观念和地球经纬度的科学概念。这不但对破除旧有的天圆地方观念有着重要的意义，而且也大大提高了推算日食的精度；认为各种天体与地球的距离不等，并且给出各种天体距地的具体数值，用于计算它们的行度；引入了蒙气差校正，有助于提高观测精度；引入了几何学和三角学的计算方法，简化了计算程序，提供了准确的计算公式，扩大了解题的范围；提出了日月有高卑行度。日月在本天行度外还有循小轮运动，有距地远近的变化，应当根据这种变化精确计算日月的近地点和远地点；引入了新的岁差观念，即恒星有本行，以黄极为极；采纳了小轮体系和椭圆体系，用几何运动的假设解释了天体顺、逆、留、合、迟、疾等天文现象；确定五星绕日运动，其运动方位是受太阳运动的速度变化而变化的；引进了一套完全不同于传统天文学的度量制度。包括分圆周为360度，一日为96刻，60进位制，黄赤道坐标制等。
这些重要变化，表明《崇祯历书》带来了中国天文学的一场深刻变革，对清初天文学的繁荣产生了积极的影响。
不幸的是，《崇祯历书》没能够立即颁行。曾被徐光启批评过的满城布衣魏文魁，利用徐光启去世的机会上言崇祯，攻击新历。崇祯命魏文魁另外组织东局，仍用传统的天文学理论制历与新法一试高低。待到崇祯皇帝认识到西法确实精密，欲颁诏实行时，明朝已临近灭亡。入清以后，曾参与修历的传教士汤若望把《崇祯历书》加以删改，上呈清廷，易名《西洋历法新书》，由清王朝颁行全国。
农政宏篇，福泽后人
徐光启勤奋治学，学识渊博，对科学的贡献是多方面的。然而真正使他名垂青史的，还是那部里程碑式的农学巨著《农政全书》。《农政全书》是继汉代《胜之书》、宋代陈《农书》、元代王祯《农书》之后一部农业科学的百科全书，这部徐光启倾注了大量心血的宏篇巨制，集中反映了他对农业和农学的巨大贡献，代表了我国古代农业科学发展的最高水平。
如前所述，徐光启自小生长在农家，一向关心农业生产，醉心农学试验，搜集了丰富的研究资料和试验数据，积累了大量的经验和心得。在徐光启的一生中，也陆续撰写了为数不少的农学著作，如《农遗杂疏》、《屯盐疏》、《种棉花法》、《北耕录》、《宜垦令》、《农辑》、《甘薯疏》、《吉贝疏》、《种竹图说》等等。这些书的产生，大都是作者针对一些农业生产上的具体问题有感而发，或就某种作物的种植提出意见。《农政全书》则是徐光启对古今中外农业生产和农学研究的利弊得失，结合自己的亲身经验，所作的全面总结。
《农政全书》的准确完稿时间已难详考，但大致可以判定初稿约完成于1625年（天启五年）到1628年（崇祯元年）间。徐光启生前，这部著作未能最后定稿，也没有最后定名为《农政全书》，只是被周围的人泛称为《农书》。此书的编纂历时颇久。还在徐光启是诸生的时候，他已经萌发了撰著大型农书的意愿，十分注意收集农事资料，经行万里，随事咨询。考中进士后，他长期供职于翰林院，研究条件和撰著条件均有改善，加上其后又有天津屯田的经历，大概已开始动手撰写，有得即书，渐积成帙。1619年（万历四十七年）他在写给座师焦竑的信中，曾经提到“《种艺书》未及加广”。
《种艺书》很可能便是《农政全书》的原始稿本。1620年（泰昌元年），徐光启襄理军务，主持练兵，然处处受制，难以施展抱负，遂愤然于次年10月告病辞职。不久，又遭阉党参劾，罢官闲住。家居期间，徐光启对《农政全书》的草稿系统地进行增广、批点、审订、编排等工夫。直到天启六、七年间，工作大致告一段落，初稿基本编成。徐光启对此书寄予莫大的希望。据他的学生陈子龙记述，他曾经在徐光启担任礼部尚书时前去拜谒，徐光启对他说：“所辑《农书》，若己不能行其言，当俟之知者。”临终之际，徐光启还惦念着这部书，叮嘱孙儿徐尔爵：“速缮成《农政全书》进呈，以毕吾志。”可惜他终未能亲眼看到这一巨著勒定出版。徐光启去世后两年，即崇祯八年，陈子龙在娄县南园读书时，从徐尔爵处借得原稿过录，并送应天巡抚张国维、松江知府方岳贡阅览。张、方商定付刻，建议由陈子龙负责整理。据陈子龙说，徐光启的原稿“杂采众家，兼出独见，有得即书，非有条贯。故有略而未详者，有重复未及删定者”。陈子龙在谢廷桢、张密、徐孚远、宋征璧等人和徐氏子孙的帮助下，草拟凡例，删削繁芜，拾遗补阙，润饰文字，编次分卷，最后正式定名为《农政全书》，于1639年（崇视十二年）秋在陈子龙的宅舍平露堂付梓刊印。
经陈子龙整理后的《农政全书》，比起原稿，“大约删者十之三，增者十之二”，共六十卷五十余万字，分为十二目。十二目的分类由徐光启本人创制，包括：《农本》；《田制》；《农事》；《水利》；《农器》；《树艺》；《蚕桑》；《蚕桑广类》；《种植》；《牧养》；《制造》；《荒政》。
《农政全书》的分类涵盖了国家的农业政策、农业生产的各种基本条件如土地、天时、水利和农具等，以及林、牧、渔、农产品加工和备荒、救荒措施的各个方面，既全面，又系统，在体系上远远优于我国古代的其他大型农书，而与三百多年后的现代农学范畴极为接近。我们由此可以窥见这位伟大科学家的匠心独运。从内容上看，《农政全书》大致由两大部分组成。一部分是摘引前人的文献资料，即陈子龙在凡例中所说的“杂采众家”，这占了该书的大部分篇幅；还有一部分是徐光启的个人撰述，即陈氏所谓“兼出独见”，大约有六万多字。无论哪一部分，字里行间，都体现了徐光启严格的科学精神和严谨的治学态度。
据统计，《农政全书》共征引了二百二十五种文献，此外，尚有部分未注明文献来源的不包括在内。徐光启一生勤奋，博览群书，“大而经纶康济之书，小而农桑琐屑之务，目不停览，手不停毫”，从汗牛充栋的古代典籍中挑选出大量的农学资料，加以梳理条贯，编排到《农政全书》中去。