繼後，陳子龍整理了徐光啟的農學巨著《農政全書》。徐光啟負經世之誌，“其生平所學，博究天人，而皆主於實用。至於農事，尤所用心。蓋以為生民率育之源，國家富強之本”。對於徐光啟的為人和學問，陳子龍向來是十分敬佩的，早年曾到北京拜訪他，“問當世之務”。徐光啟謝世後，陳子龍從其次孫徐爾爵處得《農書》草稿數十卷，日夜抄錄。崇禎十二年（1639年），“慨然以富國化民之本在是，遂刪其繁蕪，補其缺略”。“大約刪者十之三，增者十之二”，燦然成《農政全書》六十卷。並作《凡例》，概述《農政全書》基本宗旨、各篇主要內容、思想淵源和徐光啟的獨到見解。同時抒發了他本人的社會經濟主張。編輯《皇明經世文編》和整理《農政全書》，是陳子龍一生中在經世實用方麵兩項最主要的貢獻。從中也可以看出他對“經世”，即現實社會經濟問題，特別是農業生產是何等的重視。
此後，陳子龍曾一度“欲絕仕宦”，在家“廣其宅，示無誌四方也”。然而，麵對著明末農民大起義的燎原之勢和清軍的步步進逼，為挽救明朝國運，最終還是放棄個人打算，於崇禎十三年（1640）六月，出任浙江紹興府司理，不久開始兼代理諸暨知縣。在官之日，由於他的轄區連年水患成災，饑民蜂起，為了維護當地社會穩定，他剛柔並用，剿撫兼施，一邊“力行保甲，設互首之法，申連坐之令”，平定饑民暴動；一邊親司賑事，救濟饑民，立粥廠，設藥局，養老幼，醫病疾，收死骨，救活十幾萬人。十五年（1642年）五月，在浙江巡撫董象恒節製下，陳子龍督撫標兵千餘人到浙江遂昌縣，積極參加浙、贛、閩三省會剿，平定多年來活動在三省交界處的福建汀州人邱淩霄父子為首的山民暴動。崇禎十六年春，李自成起義軍破承德，南京大震。他受董象恒委派負責籌劃軍備，在餘杭等地築關建台，整修城池，鑄炮儲硝，並督運軍糧入南京。崇禎十七年初，陳子龍因招撫浙江東陽縣諸生許都暴動有功，授兵科給事中。但許都投降後，由於浙江巡按左光先不顧陳子龍的再三要求，違背當初許下的隻要許都自縛來降，“當待以不死”的諾言，在許都率眾出山投降之後將許都及部眾六十餘人殺死。對此，陳子龍很是不滿；又聞祖母病甚篤，便沒有去赴任，於三月乞身歸裏。
投水殉節
崇禎十七年，李自成攻破北京，崇禎帝自縊身亡。明朝滅亡。緊接著吳三桂引清軍入關，李自成潰敗。陳子龍正準備北上時，聽到崇禎死訊。不久後，福王朱由菘在南京監國，不久後稱帝，即史上之弘光政權。陳子龍在黃道周的推薦下，以崇禎時授的兵科給事中職務在弘光朝廷任職。兵科給事中雖然隻是七品，但是可以直議國防要務，陳子龍在朝50多天，上書30多次，提出大量有價值的建議，但是弘光帝沉溺酒色，無心複國，隻求偏安。陳子龍對朝政失望之極，同時由於自己的直言觸犯了馬士英、阮大铖等人，受到排擠，因此借故辭職回鄉。次年清軍在漢奸將領協助下，迅速南下。弘光朝覆滅，福王喪命。
辭職後，陳子龍避地泖濱。有舊友陳洪範時已降清，派人招撫他和夏允彝，夏允彝抗辭答之，陳子龍則避而不見。又有故明參將洪恩炳，與陳子龍“素執弟子禮”，亦降清，自稱“安撫使”路過鬆江求見，陳子龍亦拒之門外，矢誌堅持抗清立場。閏六月，江南各郡“競起兵為恢複計”，組織義軍，掀起轟轟烈烈的抗清運動。鬆江府籍的故明官員也同樣在城內募兵抗清。這時，陳子龍與徐孚遠及陳湖義士集眾千餘人駐紮陳湖，伺機起兵。夏允彝致書聯絡吳淞副總兵吳誌葵、參將魯之璵率水師三千自吳淞入泖湖，總兵官黃蜚率船千艘、水師二萬人由無錫到此會合。是月初十日，陳子龍設明太祖像誓師起義，原明兩廣總督沈猶龍稱總督兵部尚書，陳子龍稱監軍左給事中，軍號“振武”。陳子龍所集義兵，雖有千餘之眾，但“餉無所辦”，且多泖濱漁人，不知紀律，未嚐作戰，甚不堪用陳子龍(8張)，與吳誌葵水師進攻蘇州失敗。黃蜚不聽陳子龍的勸阻，將二萬水師移營黃浦江，因沿途水道狹隘，不利旋轉，單行數十裏，首尾不相應，僅支撐兩月，亦被清軍擊敗。八月三日，鬆江城陷，沈猶龍等皆陣亡。陳子龍在城西遇清兵，得逃脫，攜家走昆山。夏允彝投水死。繼而，陳子龍避難青浦縣金澤，最後隱姓埋名入嘉善縣陶莊水月庵，托為禪僧，取名信衷，字瓢粟，號潁川明逸。在此，他與庵僧衍門同研佛學，並完成自撰《年譜》。