開始測量時，先在圓心處立一個表，在表的頂端係根繩子，用繩子瞄準南中天的星宿。當二十八宿中某一宿的距星到達南中天時，一個人快速轉動繩子，瞄準與其相鄰的另一宿的距星，同時讓另外一人拿一根活動表杆，在瞄準的同時，把活動表杆立在視平麵與圓周的相應交點上，這個交點與圓周上正南處點的距離，就是這兩宿之間的距度。利用這種方法，可以依次測定二十八宿彼此之間的距度，並將其在相應的天文圖上標定出來，這就叫立“二十八宿以周天曆度”。其他各種天體的人宿度，也都用這種方法來測。
但是，用《周髀算經》這種方法測得的，隻能是二十八宿依次轉至正南時的地平方位角，而不是其，赤經差。按這種測量結果把二十八宿的距度累加起來，必然要超過36514這個周天圓的總度數，這是不允許的。要想在365.25尺的大圓圈上合理地繪出二十八宿的星圖，必須對原始數據進行一定的數學處理，乘上一個小於1的比例因子。《周髀算經》並未明確提到這種處理方法，但是它提到要把東井和牽牛這兩個相對的星宿分別置於圓周上“醜”和“未”這兩個相對的方位上，這樣做到“天與地協”——天上的實際情況與地上標繪的星圖相一致。但依據《周髀算經》所介紹的測量方法，不可能得到這樣的結果。所以，當時的天文學家們一定對他們的測量結果進行了某種形式的數學處理，從而使其得到了基本符合實際的結果。
《周髀算經》的做法反映出古人的測度思想。分周天為365÷度，度是在天上的，為要進行測量，就要將其對應縮小到地。正如該書所雲，在地上作圓並如此分度，是要“以應周天三百六十五度四分度之一”，即是為了與天空大圓的36514分度相對應。而周髀家們認為，天是一個蓋，地像一個大幹板，天在上，地在下，天地分離，天繞著天極平轉，一晝夜轉過一周。日月五星依附在天殼上，在被天殼的旋轉帶動的同時，也有自己的獨立運動，就像一個螞蟻在旋轉的磨盤上爬行一樣。二十八宿等星辰嵌在天殼上；環繞天極排成一周。《周髀算經》的這種學說，在中國曆史上被稱為蓋天說。根據蓋天說的宇宙結構模式，日月星辰依附在天殼上平轉，將這一圖景縮映在地麵上，依據相應的比例關係，就可以將其相對位置測定出來，這就需要在乎地上畫圓。因為天是平的，隻有在平地上回圓，才能跟天的實際情況對應起來。
但是，即使按照蓋天說的這套理論，《周髀算經》的這套測算方法也不夠嚴格。因為若完全按照比例對應的關係進行測量，則天殼的大圓與地上測量用的小圓圓心應該相對，即此類測量應在天北極之下(天殼旋轉中心，即蓋天說所謂之“天地之中”)進行，否則天上一度與地上一度弧長比值就不是常數。因為按《周髀算經》介紹的方法測量出來的隻能是角度，而對同一角度，距測點距離不同，它所對應的弧長當然也不同，這就無法按比例推算，而《周髀算經》測量思想的核心就是比例對應，這正是它不夠嚴格的原因之所在。不過，這一缺陷，蓋天家們無法克服，在當時社會背景條件下，人們不可能跑到天北極之下進行測量。
另外，依照《周髀算經》介紹的這套方法，無法測出天體的去極度來。去極度這一概念，對蓋天說而言也並非必需。
《周髀算經》測量方法的這兩個不足，在繼蓋天說而起的渾天說中，得到了彌補。
渾天說是西漢時期發展起來的一種宇宙結構學說。該學說認為，天是一個圓球，天包著地，天大地小，地是平的，天繞著地旋轉，天的北極高出地麵36度，南極則低於地麵36度。渾天說突破了蓋天說“天在地上”的傳統觀念，認為天可以轉到地的下麵。這在思想觀念上是一個很大的創新，因而在曆史上引起了長達數百年之久的渾蓋之爭。
渾天說產生的具體肘間，現在還有不同的說法。戰國時代的慎到(約公元前4世紀)曾經說過：“天體如彈丸，其勢斜倚。”這是典型的渾天說思想。但由於《慎子》一書在曆代輾轉流傳當中，迭經後人刪改，今日所見已非其原書，且一般版本中不見有此語，所以這一說法的來源，也令人生疑。當然，春秋戰國時期，人們思想活躍，提出天為球形的說法並非絕無可能，但是，即使有此說法，在當時毫無反響，足證其影響甚小，亦未形成理論。由此，不能認為渾天說作為一個學說在當時已經出現。慎到的說法，隻是反映了一種粗淺的渾天觀念。
真正把渾天觀念形成理論並使之物理化了的，是漢武帝時的落下閎。武帝為製訂《太初曆》，曾從民間招募了一批天文學家，落下閎即是其中之一。落下閎相信渾天說，並依據渾天說原理製成了相應的觀測儀器，還根據他所觀測到的數據製定了新的曆法，使渾天說成了能夠被檢測驗證的理論。《史記》索引《益部耆舊傳》說：“閎字長公，明曉天文，隱於落下，武帝征待詔太史，於地中轉渾天，改《顓頊曆》作《太初曆》。”即是說，落下閎精通天文，隱居於落下這個地方，後來受武帝征召，參與製訂新曆，做出了自己的貢獻。“於地中轉渾天”一語，就是落下閎對渾天說觀測理論的貢獻。