同時，主張決不“虛推古人”，決不把自己束縛在古人陳腐的錯誤結論之中，並且親自進行精密的測量和仔細的推算。
像他自己所說的那樣，每每“親量圭尺，躬察儀漏，目儘毫厘，心窮籌策”。
由於祖衝之博學多才的名聲，被南朝宋孝武帝派至當時朝廷的學術研究機關華林學省做研究工作，後來又到總明觀任職。
當時的總明觀是全國最高的科研學術機構，相當於現在的中國科學院。總明觀內分設文、史、儒、道、陰陽五門學科，實行分科教授製度，請來各地有名望的學者任教，祖衝之就是其一。
祖衝之算出圓周率的真值精確到小數第七位，也因此入選世界紀錄協會世界第一位將圓周率值計算到小數第七位的科學家。
祖衝之對圓周率數值的精確推算值，對於華夏乃至世界是一個重大貢獻，後人將“約率”用他的名字命名為“祖衝之圓周率”，簡稱“祖率”。
除了數學上的貢獻，祖衝之還改革閏法。
在古代，華夏的曆法家把十九年定為計算閏年的單位，稱為“一章”，在每一章裡有七個閏年。
也就是說，在十九個年頭中，要有七個年頭是十三個月，這種閏法一直采用了一千多年。
後北涼趙厞創作《元始曆》，才打破了歲章的限製，規定在六百年中間插入二百二十一個閏月。
祖衝之吸取了趙厞的理論，加上他自己的觀察，認為十九年七閏的閏數過多，每二百年就要差一天，而趙厞六百年二百二十一閏也不十分準確。
因此，祖衝之提出了新閏法。
祖衝之的閏周精密程度極高，按照他的推算，一個回歸年的長度為365.2428141日，與今天的推算值僅相差46秒。一直到南宋的《統天曆》，才采用了比這更精確的數據。
祖衝之在我國天文學史上第一次提出，月亮相繼兩次通過黃道、白道的同一交點的時間長度為27．2123日，與現今推算值僅相差十萬分之一日，即不到1秒，由於日食、月食，都發生在黃白交點附近，所以祖衝之的交點月長度對於日月食預報具有十分重要的意義。
推算出交點月的日數以後，就更能準確地推算出日蝕或月蝕發生的時間。祖衝之在他製訂的《大明曆》中，應用交點月推算出來的日、月蝕時間比過去準確，和實際出現日、月蝕的時間都很接近。