全面改造，历时六年完成《崇祯历书》一百三十五卷。该书卷帙浩繁，工程浩大，不仅系统全面地译介和引进西方天文学体系，而且采用新的理念、新的计算方法和新的观察测量手段。如，它在计算方法上采用了几何体系，相较于中国传统的数学体系有了质的提升；它还采用了西方较为精确的天文数据和通行的度量单位，这也是一种新的尝试。虽然在成书前一年，徐光启已经去世，但经他审定的部分高达一百零五卷，占总卷数的百分之七十以上，其功劳显而易见。
从明末的情况看，西方传教士的传教活动已逐步打开局面，并卓有成效。尤其是利玛窦等人通过结交朝廷高官，巩固了自身的地位。在他之后，汤若望等人也受到朝廷的礼遇，并与部分政府高官保持了良好的交往。有学者统计，明末士大夫中秀才以上入教的有三百多人，其中一品官员十四人，进士十人，举人七人；另有皇室成员一百四十人，太监四十人。至于普通民众则人数更多。早在万历三十八年（1610年），利玛窦去世时，北京的天主教徒已达四百多人，而全国的教徒人数则达两千人之众。
虽然如此，但反教的风波从未停止，激烈的文化冲突也不断发生。在利玛窦去世六年后，礼部侍郎沈榷，连续三次上疏，发起了对传教士的激烈攻击。他以“散布异端邪说，反对儒学经典”“宣扬天主，而不承认皇上的权威”“秘密结社，图谋不轨”等罪名向朝廷提出指控。这些罪名都上纲上线，大得可怕，任何一条都足以置对手于死地。更可笑的是，他还把信徒手划十字，视为发动叛乱的暗号加以揭露。尽管这些指控证据并不充分，但还是受到了保守势力的强烈呼应。南昌三百多名秀才签署了一份请愿书，请求皇帝禁止传教，驱除异端。这股风潮来势凶猛，而此时朝中东林党正在失势，而阉党魏忠贤为了打击东林人士，也与沈榷结成同盟。面对这一局面，徐光启也无能为力。此时他官阶尚低，仅为翰林院检讨。虽然上疏为天主教辩解，但人微言轻。万历四十四年（1616年）七月，皇帝下令禁教，逮捕或驱逐教会人士，史称南京教案。
南京教案发生不是偶然的。在这之前，民间已发生大小教案五十余起。这一方面说明，西教在明末传播迅速，另一方面也说明信教和反教的矛盾在不断积累，最终不可避免地爆发出来。
南京教案发生后，天主教受到了一定的打击，但传教活动并未停止，而且传教士的境遇也没有想象的那么糟，部分传教士甚至继续受到朝廷的礼遇。这也可以看出，明朝廷对洋教的态度还是比较宽松的。到了崇祯年间，情况进一步好转。此时，徐光启升任礼部尚书，授东阁大学士，入参机务，受到重用。在他主持历局期间，先后起用传教士龙华民、邓玉函入局修历。邓玉函死后，他又奏请朝廷，聘用汤若望、罗雅谷到局任事。传教士的影响进一步扩大，而汤若望也正是从这时起逐步脱颖而出。此后他名望日高，成为与利玛窦齐名的明末清初最著名的传教士，向有“利汤”之称。
汤若望出生于德国一个贵族家庭，早年受过良好的教育，天资聪颖，知识广博，这为他日后来中国传教提供了便利。
明天启二年（1622年），汤若望受耶稣教会的派遣进入中国。这一年他刚入而立之年。不久，汤若望来到北京，以其数理天算等方面的知识引起朝中人士的关注，此后他被徐光启引入历局。明亡清兴，他继续主持历局工作多年，对明末清初的历法修撰作出重要贡献。正因为如此，他在明末和清初都受到朝廷重视，而在清朝初年，他受到的恩宠更是史无前例。这也是他后来遭到杨光先和保守派猛烈攻击的原因之一。
公元1644年，即明崇祯十七年、清顺治元年，北京经历了一个极为动荡和混乱的时期。三月，李自成大军围攻北京，传教士一片恐慌，开始陆续撤离，只有汤若望一人仍留守城中。北京传教会会长龙华民在撤离前曾劝说汤若望一块儿离开，但汤若望没有听从。他想尽自己的职责保护教堂和教友。事实上，他真的做到了。面对闯兵烧杀奸淫，不少教民纷纷躲进教堂避难，尤其是一些女教友在他的保护下躲过了一场劫难。对于这些农民起义军，汤若望显然没有好感，他称他们为“强盗”。据他在回忆中说，他曾被带至匪首处，罪名是有人告发教会藏有大量财宝，这是“强盗们”最感兴趣的东西。所幸的是，告发者并未得逞，那个号称“二王爷”的闯兵首领并没有为难他。他称呼汤若望为“大法师”，并把他带入内室，以茶酒款待。从二王爷那里回来后，他的安全便有了保证。一个月后，清军攻入北京，起义军仓皇败退。临走前，他们奉命四下放火，打算烧掉全城。但在大火弥漫之中，唯有天主教堂没有着火，尽管“匪兵”曾七次向教堂投掷火把，但这些火把都自行熄灭了。汤若望把这一奇迹归功于信仰的力量。因为他一直都在向天主祈祷，他还把一些圣牌、圣像投到了房上，以求天主的庇佑。
五月一日，清军进入了这个他们曾经多次围困而无法得手的北京。明朝的文武百官和百姓在饱受起义军的祸害之后，不仅没有进行任何抵抗，而且还有不少人出