郭守敬在天文學方面取得了卓越的成就。至元十三年(1276)起，賀、許衡、王勛等人奉命修訂新歷法。用了四年的時間才算出了“計時歷法”，成為當時世界上最先進的歷法，過去了360多年。為了修訂歷法，郭守敬還改革發明了簡易儀、高計等十二種新儀器。
郭守敬在天文學方面的成就；
郭守敬利用自己改進和創造的天文儀器進行了多次精密的天文觀測，為編年史的編纂提供了可靠的觀測依據。他從事和領導了許多觀測項目，如冬季至日的時間、28夜的距離和星表、四海測試、黃道角度和壹些紀元時間的確定，其中大部分是中國古歷史上最精確或接近最佳的。其中最著名的是四海測試。
元十六年(1279)，郭守敬在元世祖向忽必烈提出，元朝的疆域比以前大了很多，各地日出日落的長短和壹天中的時間都不壹樣，舊歷法已經不適用了，需要進行全國範圍的天文觀測來編制新歷法。
忽必烈接受了郭守敬的建議，派了十四個緩刑官在二十七個地方進行天文觀測，後來被稱為“四海測”。