一行通過“不等間距二次內差法”公式計算和大量的實測，對食分和虧起方位角之間的關係，總結得具體而簡潔：“月食：月在黃道北，初起東南，甚於正南，複於西南；月在黃道南，初起東北，甚於正北，複於西北；其食分十二分（這裏的十二分指十五之十二）以上者起於正東，複於正西。日食：月在黃道北，初起西北，甚於正北，複於東北；月在黃道南，初起西南，甚於正南，複於東南；其食分十二分以上者，起於正西，複於正東。”
他在天文學上采用“不等間距二次內差法”公式，比歐洲同行們早了九個世紀。
同時，他在實測中還發現，同一次日食各地所見情形是不同的：當長安看到全食時，南方卻隻看到偏食。
這在世界天文史上是關於“食帶”問題的第一次記載。
他的另一發現是：在實測中發現了恒星的運動，這在世界天文史上也是第一次。
他以樸素的唯物主義態度“定氣”（即以太陽在黃道上的位置為標準，推算節氣），由此帶來的另一結果是推算日食、月食非常準確。
開元十二年冬，各測量隊回到長安。閏十二月再次發生日食，“日有食之，在虛初度。”完全如一行的預測。
從這年（724）開始，一行動筆撰《大衍曆》。次年（725）“水運渾天儀”製造成功。這是世界上第一隻機械天文鍾，比西方出現的威克鍾要早出六百年，比東漢太史令張衡所造的“水運渾象”更為精密。
“水運渾天儀”以水為動力，注水激輪，令其自轉，能準確地演示出日月星象的運轉，顯示每月的朔、望、晦、日非常準確。其中又設鍾、鼓及二報時木人，每一時擊鼓，每一刻撞鍾。整套儀器輪軸相扣，鉤鍵交錯，並鎖相持，極為複雜、嚴謹，眾人共稱其妙。
玄宗下令將其置於武成殿供百官參觀，命名為“水運渾天俯視圖”，但時間不長，因水對金屬的鏽蝕而漸漸澀滯，不能自轉，遂收置於集賢院。盡管如此，仍為一行工作帶來極大便利。
開元十五年（727），《大衍曆》初稿完成，由兩大部分組成：一是《大衍曆議》——即論文十二篇；二是《大衍曆術》七篇。
當時道士邢和璞就曾對道士尹倍說：“一行和尚真是聖人呐。漢武帝時的落下閎造《太初曆》時就說，過八百年曆書將差一日，則有聖人定之。今年正好八百年，《大衍曆》編出來糾正了這個誤差。落下閎說的對呀，非聖人誰能預料到此？”
九 微言大義死後哀榮
開元十三年（725），在宰相張說的慫恿下，玄宗皇帝泰山封禪，車騎數萬。王公、嬪妃、王子、公主、四夷君長相隨。
一行看出奢靡之風已成氣候，他想起了三年前，永穆公主下嫁，也是張說慫恿，皇帝下令按照太平公主出嫁的標準優厚發遣。當時自己認為：高宗晚年膝下惟有此女，且天後掌權，所以嬌縱，反而害了公主，養成驕橫不可一世的脾性，才落個斷頭下場。若非如此，以太平公主的才智和出身，應該有個很好的結局的。前車之鑒不可不記。從而使皇帝改變了主意，又下敕依照正常標準發送。那時皇帝還能聽進諫勸，還講究“勤政務本”，而今卻率先遊樂擾民了。
一行恐怕這種風氣遞相浸染，佛門這塊本不清靜的“淨土”會更加汙濁。這四五年來，為修《大衍曆》，心與身為仇，身體已很糟糕，倘“淨土”再起“煙雲”，隻怕《大衍曆》也就功敗垂成了。
當今皇帝即位至今禁度僧尼，今年又下敕禁斷三階教，未始不是進一步抑佛的信號。若想保住這塊“淨土”，必須有清正之士為佛門領袖。於是一行又強支衰體，上了一個奏本，請召天下英髦學兼內外者集於神都，大建論場，以辯高下。