在學術上則王恂主推算，郭主制儀和觀測。后來太史局改名為太史院，王恂任太史令，郭守敬為同知太史院事，建立了天文臺。當時還有楊恭懿等人一起參予此事。經(jīng)過四年的努力，終于編出了新歷，由忽必烈定名為《授時歷》。

《授時歷》是中國古代一部很精良的歷法。王恂、郭守敬采取理論與實踐相結合的科學態(tài)度，他們首先分析研究了漢代以來的四十多家歷法，吸取各歷之長。王恂和郭守敬主張制歷應“明歷之理”并提出“歷之本在于測驗，而測驗之器莫先儀表”，因此在新歷法制定過程有許多重要的成果。    

《授時歷》也是我國古代最精密的一部歷法，和南宋楊忠輔制的統(tǒng)天歷一樣，以365.2425日作為一回歸年，如果以小時計算，是三百六十五日五時四十九分十二秒，比地球繞太陽公轉一周的實際時間只差二十六秒，經(jīng)過三千三百二十年后才相差一日，跟目前國際通用的公歷完全相同。但是格里歷公元1582年才開始使用，比《授時歷》要晚三百年，比統(tǒng)天歷更晚了近四百年。

應用招差法推算太陽、月亮以及五星運行

在研制《授時歷》的過程中，郭守敬等人在數(shù)學上也取得了很大的成就。授時歷應用招差法推算太陽、月亮以及五星逐日運行的情況，要歐洲早四百年，英國天文學家格列高里最先對招差法作了說明（公元1670年），在牛頓的著作中，直到公元1676至1678年才出現(xiàn)招差法的普遍公式。 

《授時歷》編成以后，郭守敬集中精力編寫著作，先后撰成《推步》、《立成》、《歷議擬稿》等天文書稿十多種，一百多卷。這些書籍，包括極其珍貴的兩個星表，后來都失傳了。僅《授時歷經(jīng)》、《授時歷議》和簡儀、圭表等幾種儀器的構造和使用方法，由于載入《元史》，才得以保存下來。

郭守敬為修歷而設計和監(jiān)制的新儀器有：簡儀、高表、候極儀、渾天象、玲瓏儀、仰儀、立運儀、證理儀、景符、窺幾、日月食儀以及星晷定時儀12種。在大都（今北京），郭守敬通過三年半約二百次的晷影測量，定出至元十四年到十七年的冬至時刻。他又結合歷史上的可靠資料加以計算，得出一回歸年的長度為365.2425日。這個值同現(xiàn)今世界上通用的公歷值是一樣的。

中國古歷自西漢劉歆作《三統(tǒng)歷》以來，一直利用上元積年和日法進行計算�！妒跁r歷》則完全廢除了上元積年，采用至元十七年的冬至時刻作為計算的出發(fā)點，以至元十八年為“元”，即開始之年。所用的數(shù)據(jù)，個位數(shù)以下一律以100為進位單位，即用百進位式的小數(shù)制，取消日法的分數(shù)表達式�！�

郭守敬等人根據(jù)大量觀測資料，并仔細研究了自西漢以來的七十種歷法，編制出了新歷法――授時歷。從公元1281年起，《授時歷》開始在全國頒布實行，使用時間長達三百六十三年（公元1281－1643年），是我國歷史上使用最長的一部歷法。

郭守敬是與張衡、祖沖之等人齊名的我國古代八大科學家之一，是13世紀末登上世界科學高峰的杰出人物。郭守敬在研制新歷法過程中，認真分析研究了西漢以來的70多種歷法，廣泛吸取前人的經(jīng)驗，同時也堅持進行實際的測量，努力提高新歷法的精度。