“對整個改曆工作的步驟我是這樣安排的：欲求超勝，必須會通，會通之前，必須翻譯，也就是采取由翻譯到會通再到超勝分三步走。”徐光啟怕有人不理解這個方針，就進一步解釋道：“我們要製定個超過和勝過西洋的曆法，首先必須學習和引進西洋先進的科學技術，吸收他們的長處和我國傳統的科學技術相結合，在融會貫通的基礎上製訂出一部比西洋曆法更為精密的新曆法。”“為什麼首先必須進行翻譯，學習和引進西洋先進的科學技術呢?”徐光啟說，“第一，西法是近數十年間所製定的，比我們的舊法推算較為精確；第二，西法的天文學公式和一些測量推算的方法、公式具有比較嚴格的數學基礎，舊法很多是經驗公式，這在某些計算上是有優點的，但它需要長期測驗修正才能得到較好的結果，一時是難有成就的；第三，最困難的是至今我國在古代曆法方麵的書籍幾乎沒有，闡述《授時曆》的書籍留下來的也很少，因此，我建議采用西法作為改曆的基礎。”
在座的有一些人是了解徐光啟的。他們覺得徐光啟提出的“翻譯一一會通超勝”的三部曲，是他長期同意大利傳教士利瑪竇等人學習西洋科學的經驗和體會。他對我國的古代文化又有比較深的認識，知道哪些傳統必須繼承，外國有哪些先進的東西應該學習。所以，當徐光啟講完他的打算，在座的知曆人、台官、甚至包括西洋傳教士都連連點頭，一致稱讚切合實際。
徐光啟在向崇禎帝上書改曆計劃中，還提出一個“度數旁通十事”。的計劃，準備改曆工作完成之後，接著進行研究。徐光啟所製定的這個科學研究計劃，打算在研究數學的基礎上，分門別類地研究氣象、水利工程、樂律和樂器製造、兵工技術、財政會計、建築和橋梁工程、機械工程、地理和測繪、醫學、授時儀器製造等十門科學，采取類似今天科學院的形式。這是個宏偉的科學研究計劃，幾乎涵蓋了17世紀時的全部科學門類，其中絕大部分都是直接關係到生產、軍事和人民日常生活的重大問題。可惜，即將滅亡的明王朝不可能采納這樣一個宏偉的計劃。但是，透過這一計劃，我們看到這位愛國科學家的博學多才和偉大誌向。
為了使改曆工作早日完成，徐光啟一開始就領導曆局集中到翻譯上麵，開始一般由外來傳教士龍華民、鄧玉函、羅雅穀、湯若望等人口述，徐光啟筆錄，後來，又有助手參加翻譯。但是，大部分仍經過他執筆或審訂。翻譯的內容包括歐洲近代天文學的理論、計算和觀測方法、觀測儀器，數學基礎知識和天文用表、輔助用表等大量文獻資料。
在編書的同時，徐光啟也很注重觀測天象，因為精密的觀測資料是推算準確的曆法的基礎。徐光啟最初擬訂的觀測計劃中，列入了幾乎包括全部的天文基本常數。當時觀測人員缺乏，沒有係統的觀測資料的積累，這樣做是不切實際的。後來，在實際工作中作了改動。許多基本的天文常數就直接采用歐洲丹麥天文學家第穀，布拉赫測定的數據，曆局自行組織觀測人員采用十多種天文儀器進行觀測的項目壓縮到幾項：
全天星表的測定。這是測定一切天文坐標的基礎。
日、月食的觀測。這是用來驗證西法的主要手段。日、月、五大行星位置的觀測。這是為修訂基本數據準備，也同樣是驗證西法的手段。
為了使編曆工作有條不紊地進行，同時也為了後人學習的方便，徐光啟把將要編纂的這部曆法叢書的內容規定為五個方麵：
法原：就是天文學基礎知識，恒星（包括太陽）、月球、五大行星的運行規律，以及球麵天文學原理等；
法教；就是天文用表，是通過觀測和計算日、月、五大行星運行的規律而編成的表格，便於
法算:就是天文學計算中必需的數學知識，主要是從西洋吸收來的三角學和幾何學；
法器:就是各種天文觀測儀器的研製和操作說明；
會通：就是舊法和西法的度暈單位換算表。
徐光啟對整個編曆計劃安排得有條有理，工作進行得很順利。經過近3年努力，到了崇禎五年0632年）五月，已編成曆書74卷。這部分由書法最好的天文實習生朱光燦進行精心抄寫，分三批進呈崇禎帝禦覽。同時，仍繼續整理、繕寫其餘60卷。
徐光啟在這次修曆過程中，既繼承了我國傳統測天製器中的優秀方法，又努力會通中西，從而在方法和理論上，把我國這門在世界文化史上有著光輝成就的科學，大大地向前推進了一步。
徐光啟認為，日月星辰的運轉，是遵循一定的客觀規律的，他批判了宋儒宣揚的“數有神理”的迷信思想，又駁斥了那些不承認自己的推算不正確，反而說天體運行本身出現了差誤的反科學觀點。這時候，徐光啟已經是年近70歲4老人。然而，在觀象的科學工作上，他仍然和壯年時代從事農業科學試驗一樣，總是親自實踐，堅持登上觀象台，親自指導，親自觀察實驗。崇禎三年（1630年）十二月三十一日，他在觀象台上不慎失足跌倒，摔傷了膝蓋和腰部。但是，傷略微有點減輕，他照樣又登上觀象台，繼續研究。