張溥告訴老師說：“前兩年在北京時，聽馮應京說，他家鄉江西樂安縣有一種能容納的棉紡車，紡起紗來特別快，效率很高，老師您可以寫信問問。”
張溥這般熱情，使徐光啟非常感動，增添了編寫好農書的勇氣和信心。回到家後，他就馬上動筆給馮應京寫了信。馮應京接到徐光啟的信以後，對於徐光啟正在做的這番事業，十分敬佩，馬上按照來信的要求把五維紡車的構造詳細地回了信。他還把他寫的一篇研究明代的農業政策和措施的《國朝重農考》寄給徐光啟，請他修改。
後來，徐光啟特地把太倉式攪車和馮應京介紹的五維紡車都補進農書裏麵，同時還特地把《國朝重農考》收進農書，作為全書緒論第一章《農本》中的一卷。
徐光啟在家閑住6年，就是這樣不知疲倦為編寫農書而忙碌著。他不辭辛勞，四處奔波調查訪問，不限人也不限地，同時還做到一邊訪問一邊記錄，搜集了當時勞動人民中的許多寶貴經驗。
為了編寫農書，徐光啟晝夜不停地對古代農學進行整理。經過六年多時間的增補等一係列工作，到熹宗天啟七年0627年、農書終於告一段落。他編成最後一次草稿，並親自把它定名為《農政全書》1627年他正打算修改、刻印時，明熹宗病死了，他弟弟朱由檢登基，這位崇禎皇帝馬上給徐光啟下了一道聖旨：“禮部右侍郎徐光啟即令回京，欽此。”
徐光啟接到聖旨，又聽說崇禎帝殺掉了魏忠賢，並清除了魏忠賢的一些黨羽。這樣，也就感到國家有了希望，便馬上動身回京複職。
回京後，徐光啟整天忙著修訂《崇禎曆書》和京師保衛戰。後來他又擔任了宰相，政務繁忙，就無暇再顧及《農政全書》了。
徐光啟去世後的第二年，崇禎八年（1635年），當時江南著名文人陳子龍邀請了一些人，最後編定了《農政全書》，並於崇禎十二年（1639年）刻印成書。崇禎十六年（1643年），根據徐光啟的遺囑，由徐爾鬥帶著書到北京，晉獻崇禎帝。
《農政全書》是一部規模宏大、內容豐富的農書，全書約有70多萬字，共60卷，分為12大門類：
一、《農本》：包括曆代的農業生產狀況和有關農業政策。
二、《田製》：包括井田考和農作製度。
三、《農事》：包括耕作法、開墾、授時和占候四部分。
四、《水利》：包括水利工程、農田水利和《泰西水法》。
五、《農器》：包括各種農業生產和農產品加工器具圖例和說明。
六、《樹藝》：包括穀物、蔬菜、瓜果的栽培。
七、《蠶喿》：包括養蠶。
八、《蠶喿廣類》：包括種棉和其他紡織纖維。
九、《種植》：敘述經濟作物和藥用作物的栽培。
十、《牧養》：包括家禽、家畜的飼養、養魚和養蜂。
十一、《製造》：以釀造為主，包括建造房屋和家用工藝等。
十二、《荒政》:包括備荒、救荒、本草和野菜譜。
這部著作實際上是當時我國農學遺產的總結，是一部農業百科全書。它的問世，是與當時集藥物學和植物學大成的李時珍著的《本草綱目》齊名的明珠。徐光啟也因此和漢朝的勝之、北魏的賈思勰，元朝的王禎一起，並稱為我國農學史上的四大農學家。
萬曆四十四年0616年），我國東北黑龍江流域的女真各部落在努爾哈赤的領導下，逐漸統一了起來，建立了政權，國號金。他們逐漸強大起來，經常侵襲明朝邊境。
崇禎三年（1630年）一月初三，後金攻破撫順，繞道山海關，從喜峰口攻入長城占領遵化，長驅直人，直逼北京德勝門。京城告急。
徐光啟是位科學家，他熱愛祖國。為了保衛祖國，他提倡富國強兵。京師危急，如何是好？怎樣打退金兵？他想。
還在萬曆四十七年（1619年）三四月時金兵就聚集兵力，進人東北遼河以東地區，準備進攻明朝。當時，朝廷派大將楊鎬為遼東經略，調集福建、浙江、甘肅八萬八千兵馬，分四路出兵討伐金兵。明軍企圖用分進合擊的戰術，包圍努爾哈赤，然後全殲後金兵馬。但是，由於兵力分散，軍隊素質太低，互相之間矛盾重重，有的將領貪功冒進，特別是指揮失誤，明軍大敗。5天內，明軍將領杜鬆等300多人陣亡，士兵死亡四萬五千多人。消息傳來，全國震動。
三月二十一日，徐光啟給萬曆神宗皇帝上書。
他分析了這次戰爭失敗的原因。將領杜鬆被箭頭射中頭部，潘宗顏被射穿腹背。連將領都沒有堅固的盔甲，何況士兵呢？敵我雙方兵力差不多，而我軍卻分成四路進兵，金軍集中四倍兵力攻我一路，這是不懂分兵合兵的道理。出山海關40裏，遇水不能渡，遇險不能過，進人埋伏圈還不知道，這是不懂得地理形勢，沒有偵察敵情。讓這樣的軍隊去打仗，肯定是以卵擊石。接著，他建議選練一支“得勝兵。”這支軍隊，裝備要精，給養要好，薪飽要厚，要有良將指揮，要有嚴明的賞罰製度，要進行嚴格的軍事訓練。這樣選練出來的軍隊，如有一萬兵力，進可戰，退可守；有三萬兵力，就可掃蕩遼東，打敗金軍。
當時徐光啟已經58歲。他一連三次上書，提出他的選兵、練兵，製器和禦敵的軍事計劃，請求報效國家。明神宗覺得他的主張有道理，很懇切。萬曆四十七年飛1619年）九月初九，明神宗下旨，提升徐先啟為詹事府少詹事兼河南道監察禦史，負責練兵。
為了選練“得勝兵”，徐光啟在北京郊外通州和昌平設立校場，親自擬訂《選練條格》規定以臂力(能提舉重100公斤以上）、便捷（能跳高約一米、跳遠約兩米）、技藝三條和年齡16歲至40歲者為新兵錄取標準。合格者又分為上、中、下三等。
經過幾個月籌備，徐光啟親臨通州和昌平營房，按照“條格”一個一個地挑選新兵，並親自在校場上指揮士兵操練。徐光啟身體力行做了許多實選實練工作，但是，當時官場腐敗不允許他紮紮實實地去做。雖然他把選練“得勝兵”從十萬降到兩萬.經過了一年多的時間，選得堪受訓練的士兵隻有4655名。就連這一點點工作，一些頑固派還要對他冷嘲熱諷，有的還上書皇帝，對他進行公開指責。