由於徐光啟積極宣傳推廣，不幾年，上海、鬆江、嘉定一帶，農民競相栽種，後來，在長江下遊地區廣泛種植起來。
萬曆三十八年（1610年）徐光啟守孝期滿。這時，他得知利瑪竇在北京病逝，所以馬上趕回北京。回京的頭一天，他還親自動手做了兩隻小木桶，裝滿濕土，栽上甘薯秧苗，讓隨同人員帶到北京，在北方種植。這樣，甘薯種植逐漸在華北推廣開來。
經過多年種植，徐光啟把自己栽種甘薯的實際經驗加以總結，並總結了甘薯的優點，提出了“甘薯十三勝”。第一，一畝可以收獲數十石。第二，色白味甜，在各地的土產中，它是最出色的一種。第三，它的營養價值高。第四，繁殖快，剪藤就可作種。第五，枝葉爬在地上，生根，風雨不能損害。第六，可代替糧食當主食吃，能夠救災荒。第七，可以當果實，作祭品或宴會時用。第八，可以釀酒。第九，曬幹收藏起來磨成粉作餅，非常甜。第十，生熟都可以吃。第十一，用地少而得利多。第十二，春夏下種，初冬收獲，枝葉極為茂盛，雜草也無法在中間生長，隻要培土，不用耕鋤，用不著花費多少勞力，就可以得到很好的收成。第十三，根紮得很深，就是葉苗被蝗蟲吃了，還能照樣生長。
後來，徐光啟在實踐中補充整理，把它刻印成書，定名《甘薯疏》，贈送親友，也讓書店代賣，用來宣傳推廣和指導。這本書雖然字數不多，但卻是他編寫《農政全書》之前的一本重要的農業科技著作。
總起來說，徐光啟這一時期對於農學的研究和試驗，因受個人財力物力的限製，還隻是小規模的。他的科學試驗中，特別著重南種北移或北種南移的問題。他用自己的試驗，打破了傳統農學上的狹隘的風土說和各種保守觀念。
徐光啟在翰林院和在家守孝的六年，是他科學研究活動的最旺盛時期。他對有關時務政策的探討和建議，對於西洋科學書箱主要是數學書籍的翻譯和研究，對於農學的研究和農業科學知識的宣傳，都屬於他這一時期最卓越的成就和貢獻。
萬曆四十一年（1613年）八月，徐光啟托病請假來到天津。當時，天津是軍事要地，還不是大城市。徐光啟到了天津衛後，不顧勞累，便要朋友陪他去看看所購買的農田。
這片荒田是徐光啟事先托朋友勘察買到的，有好幾千畝。荒田在海河南邊，原來有人在這裏開墾過。一眼望去，荒草有兩尺來高，再向東望去有一片蘆葦。
在察看荒田時，徐光啟詢問了一位放牧的老人，才知道這裏曾種過水稻，但因為臨近海灘鹽堿大，水稻不長。又因為水利失修。遇到海河發大水無法排澇，終於荒蕪了。
徐光啟察看荒田回來後，便與朋友著手進行農業試驗園的規劃。徐光啟繪製好了圖紙，打算在靠近海河的地塊種水稻，但必須修築一條堅固的圍堤,以防水澇。天旱時，還必須配上水車，以取河水抗旱。接著，徐光啟指著離海河較遠的小山丘，說那裏地勢較高，取水不太方便，可以種植小麥、高粱、玉米、豆子等耐旱作物。
徐光啟在這片荒田裏主要是試種水稻。他先組織勞力深翻土地，然後再平整好。比較艱巨的工程是挖渠排水和用來澆灌。為了減少鹽堿的危害，他苦思冥想，最後也沒有想出一個好辦法。後來，他請來協助他經營這片田地的老伯阿鬆，給他介紹了上海、金山、奉賢一帶築渠挖溝來衝掉鹽堿的經驗。
徐光啟按照阿鬆伯介紹的經驗，先進行一些簡單的測量，規劃好用地。他計劃試種水稻的200畝土地，分成10塊長方形田塊，每塊又分成10小塊，每小塊兩畝。兩長塊田地之間挖一條水渠，用來引水灌溉。四長塊地中挖一條排水溝。他們白天灌溉，夜裏排水，經過很長一段時間，田裏的鹽堿便逐漸衝得差不多了。
第一年，徐光啟按照南方種水稻的經驗，施肥過多，水稻瘋長而不結穗，幾乎顆粒無收，結果還不夠稻種。但是，徐光啟並沒有灰心絕望。第二年，他又繼續試種水稻。由於采取了一些適應北方的技術和措施，選用早熟品種，改進施肥方法，秋後，每畝收穀一石五鬥，收成一般，這大大鼓舞了徐光啟。徐光啟在北方試種水稻，產量雖然不高，但也是獲得了初步成功。第三年，他又種上水稻。夏天，稻子一片綠油油的，長勢非常喜人。可是，有一天徐光啟來到稻田一看，發現幾塊稻田裏的禾葉被蟲咬了，輕的缺個口，重的幾乎全部吃光了。徐光啟非常憂慮，上百畝稻要毀於蟲手了。怎麼辦？怎麼辦？
就在這時候，一位老漢來見徐光啟。他是江蘇無錫人，從小在家種田，是個幹莊稼活的行家。他們倆一起來到田裏。老漢一看就說：“這是蝗蟲在作怪。你別小看蝗蟲這東西小，危害可大啦！蝗蟲剛出生的時候，像粟子那樣大，不大活動。幾天以後，就長到三四分長，好像蒼蠅，一群一群地蹦跳，這叫蝻。再過幾天，長到約有四寸長時，樣子像蚱續，能夠飛了，成群地飛，這才叫做蝗蟲。飛到田地裏，就不停地吃莊稼苗。再過幾天，在地下產卵，18天以後又長成蝻，蝻又長成蝗蟲，繁殖得很快，夏天時每隻蝗蟲可繁殖300多隻。它們對莊稼危害極大，飛到一個地方吃光了莊稼，就又飛到另一個地方。
聽到老漢說蝗蟲這麼厲害，徐光啟急切地向老漢請教治蝗的方法。老漢說：“第一，可以用掃帚撲打會飛的蝗蟲。第二，可以把鴨子放到稻田地，讓它們吃幼蟲。第三，清除雜草，防止蝗蟲孽生。第四，把浮在水麵上的卵囊撈出燒掉。第五，搜尋蝗卵，防止來年再發生蝗災。”老漢話剛說完，徐光啟連聲稱讚。他吩咐雇工馬上動手撲打蝗蟲。沒多久，蝗蟲控製住了。
後來，徐光啟寫了《除蝗疏》的奏章，獻給新登基的崇禎帝。他建議皇帝下詔，讓農民在冬天挖掘蝗卵，由政府用糧食換蝗卵，用數石粟換一石蝗卵，以根除蝗蟲的危害。