時光流逝，轉眼間已到第二年的春天，徐光啟與利瑪竇合作譯完了《幾何原本》的前六卷。初稿譯出後，徐光啟不顧勞累，又修改了兩遍。這樣，從萬曆三十四年（1606年）到萬曆三十五年（1607年），經過近一年的努力，三易其稿，徐光啟終於用明快流暢的文字完成了翻譯前六卷的工作。按照徐光啟的想法，還要與利瑪竇合作譯完全書。但利瑪竇忙於傳教，抽不出時間，他建議把譯好的前六卷先刻印出來，聽聽各方麵讀後的反應，再繼續翻譯也不遲。同時，徐光啟也考慮到自己在翰林院任庶吉士的三年期限將滿，會麵臨一次分配官職的重大考試，需要時間精心準備，也就同意了利瑪竇的提議。於是，兩個人各寫了一篇序，刻板付印。利瑪竇寫的序介紹了歐幾裏得，對翻譯這本書的經過也有所敘述。徐光啟寫的序，以他淵博的自然科學知識，正確地估計了數學的價值，第一次向中國科學界說明了幾何學的本質，並向中國的知識分子大力推薦這本書。
《幾何原本》的這份中譯本，可以說譯得相當成功。我國近代著名學者梁啟超曾稱讚該書：“字字精金美玉，是千古不朽之作。”拿這本書的題目來說，它的拉丁文譯本原稱為《歐幾裏得原本》。歐幾裏得是人名，但如果直譯為《原本》則不像一部數學書的名字。徐光啟創造性地加了“幾何”一詞，成為《幾何原本》。幾何，是漢語固有的詞彙，原來隻是一個虛詞，徐光啟借用它來代指一切度數之學。經徐光啟使用後，至今已成為數學上的專用名詞。其他如點、線、麵、平行線、直角、鈍角、銳角、三角形、四邊形等等，都由徐光啟使用後確定下來。徐光啟創造的這一套數學名詞、術語，十分切合它們本身的意義，所以很多為後世所采用。
徐光啟為翻譯《幾何原本》所傾注的巨大熱情，表現了這個博學的科學家的慧眼。他認為這本書體現出來的邏輯推理的說服力和科學結構的嚴謹性，能彌補中國古代數學理論的不足。他為此寫了《幾何原本雜議》，大聲疾呼：“能精此書者，無一事不可精；好學此書者，無一事不可學。”他還斷言，百年之後，必定人人都要競相學習，而且一定會後悔學得太遲了。他的話在後代有了應驗。清代中葉，當我國知識界掀起向西方科學學習的熱潮時，《幾何原本》成為新辦洋學堂的數學課本。清代數學家李善蘭和英國傳教士偉烈亞力又合譯了該書的後九卷，此書得以完備，其溝通中西文化的重要作用得以更加凸顯。
除了合譯《幾何原本》外，徐光啟和利瑪竇在數學領域合作的另一成果是《測量法義》一書。顧名思義，這本書是一本用幾何方法講述如何測量事物的高深廣遠的書。原稿是利瑪竇在十多年前編成的，隻有一些關於測量方法的說明，不成係統。《幾何原本》問世之後，徐光啟覺得有必要參考中西方幾何學的方法，重新整理這部草稿。於是，徐光啟從萬曆三十五年（1607年）開始著手整理修訂這些草稿，大約到了萬曆三十六年（1608年），《測量法義》成為定稿。這部書最可貴之處，在於徐光啟把我國古代數學名著《九章算術》和《周髀算經》中提到的傳統數學測量方法，和古希臘數學之祖歐幾裏得的西方測量方法有機地結合起來，這是中西文化交流的又一項成果。
繼《測量法義》之後，徐光啟還受《幾何原本》的啟發，編寫了《測量異同》和《勾股義》兩部數學著作。在這兩本書中，徐光啟指出，中國傳統的測量法，隻說出結論如何如何，而沒有說明為什麼會有這樣的結論，而且崇尚空談的社會風氣已使當時的數學研究大大停滯了。所以徐光啟力圖用《幾何原本》中嚴密的理論體係，去說明中國傳統數學著作中的道理，把中國和西方的數學傳統，進行了比較研究。可以說，這是一項很有意義的創造性勞動，這種中西方法融會貫通的研究，使我國的數學研究水平大大提高了。
更為難能可貴的是，徐光啟的目光不僅僅停留在書本的理論上，他還富有遠見地認為中西彙通的測量方法將是治理農田、開發水利的一項法寶。這個開中國風氣之先的說法，果然在若幹年後，促進了農業的發展，收到了巨大的經濟效益。