古代测定冬至日是用土圭，但由于这种仪器很简陋，所以用它来观测日影变化所定出的冬至日期并不很准确。祖冲之在观测实践中深深感到了这一点,他决心打破古人的观测方法，提高观测的精度。

祖冲之首先从观测技术上加以改进，他不直接观测冬至那天日影的长度，而是观测冬至前后近一个月的日影长度，然后再取它们的平均值，求出冬至发生的日期和时刻。这虽然要多花费很多时间，但用这种方法测定出的冬至日是很精确的。

祖冲之利用他测定的冬至日，然后算出了“回归年”的长度是365.24281481日。只有到了近千年后的南宋时才有人超过了这个水平。

祖冲之利用新的观测方法不仅精确地算出了回归年的长度，而且还发现了何承天所作的《元嘉历》(就是当时刘宋王朝所奉行的历法)有许多严重的错误。如其中所推日月的方位距实测已差三度，冬至、夏至几乎要差一天， 五大行星的出没要差四十天。祖冲之得出这些结论，当然不是一朝一夕能做到的，这是他长期测算的结果。

俗话说:“清明下种， 谷雨插秧”，历法和农业有着密切的关系。祖冲之发现了《元嘉历》的这些错误，他就想动手编部新历法。当时，祖冲之刚满三十岁，还很年轻。有些人听说他要改历，就劝他不要轻举妄动，免得劳而无功。祖冲之却不这样认为，他想，何承天的《元嘉历》虽然比以往的历法都精密，是何承天四十年心血的结晶，但有错误就应该去改，改历的任务虽然艰巨，但只要认真去做，没有不能成功的道理!即使失败了，也可以从中吸取经验教训。如果在困难面前缩手缩脚，就是等到胡子全白了，也不可能做出成绩来。

祖冲之下定改历的决心后，就更加废寝忘食地测量计算。同时，他还广泛翻阅、研究了古代的历法，如《古六历》、《太初历》、《四分历》 等，他还注意研究少数民族一一北京时代(公元412 —452年) 赵菲的《元始历》，从中吸取古今天文学家的研究精华。祖冲之那时候就懂得这样一个道理：只有站在前人的肩上，才能看得远。

到了公元四六二年，祖冲之终于编出了一部新历法。由于这一年是宋孝武帝大明六年，所以被称为《大明历》。

新历法是编出来了，可是它会碰到什么样的命运呢?到底能不能实行，谁也不得而知。这倒不是因为新历法编的不好，而是由于当时的社会制度决定的。在封建社会，皇帝是“天子”，是最高统治者，皇帝的话就是“圣旨”，就是法律，只有皇帝同意的事情才能够办，否则，你就别想办得成。所以，当祖冲之编出《大明历》后，就向宋孝武帝写了个“奏章”，要求改历。

祖冲之带着他的《大明历》和奏章，从南徐州赶赴京城。他要亲手把《大明历》献给宋孝武帝。一路上，别提他有多么高兴。他看着路边盛开的花卉，飞舞的蜜蜂，心情舒畅极了!他甚至所到采花粉的蜜蜂在“嗡嗡”地为自己唱歌:

春风吹兮好时光，

草木绿兮百花放。

群蜂舞兮采花粉，

酿出蜜兮甘且香。

……

你想，祖冲之编出了《大明历》，辛勤的汗水换来了丰硕(shuo数) 的成果，心中能不高兴吗?可是，祖冲之还不知道，一场激烈的辩论和尖锐的斗争正在等着他。