徐光啟的這些行為多被朝臣誤解，加上與有些官員的意見不合，因此他辭去工作，在天津購置土地，種植水稻、花卉、藥材等。萬曆四十一年至四十六年（1613～1618年）間，他在天津從事農事試驗，並往來於京津。這期間，徐光啟寫成糞壅規則（施肥方法），並寫成他在農學方麵的巨著——《農政全書》的編寫提綱。從萬曆四十七年（1619年）起，徐光啟以詹事府少詹事兼河南道監察禦史的新官銜，在通州督練新軍三年。雖然他投入了很大精力，但由於財政拮據、議臣掣肘等原因，練兵計劃不了了之，並未取得直接的成效，他自己也辭歸天津。
天啟三年（1624年），徐光啟擢升為禮部右侍郎兼侍讀學士等職，鑒於當時朝中魏忠賢閹黨專權，他不肯就任。次年徐光啟便遭讒劾去職，皇帝命他冠帶閑住，於是他就回到上海。閑住當然閑不住，徐光啟乘此時機進行《農政全書》的寫作。他自編的軍事論集《徐氏庖言》，也是此時刊刻出版的。天啟五年（1625年）閹黨以徐光啟練兵為孟浪無對、騙官盜餉、誤國欺君許多不實之詞對其彈劾等，《徐氏庖言》的出版正是對此的應答和駁斥。
也許是一生辛勤工作的回報，運氣似乎特別眷顧徐光啟。崇禎元年（1628年），崇禎帝即位後，徐光啟官複原職。八月，充日講官，經筵講官，為天子師。次年他又升為禮部左侍郎，三年升禮部尚書，儼然是朝廷重臣。崇禎五年（1632年）六月，徐光啟以禮部尚書兼東閣大學士入閣，參與機要。由於明初朱元璋登基後廢除了宰相製度，內閣大臣稱為閣臣，閣臣中負有一定職權的尚書稱為閣老，相當於宰相的位置。
身為宰相兼科學家，每日入值，手不停揮，百爾焦勞，歸寓夜中，篝燈詳繹，理其大綱，訂其細節，如此繁忙，不久他就病倒了。1632年十一月，加徐光啟為太子少保。崇禎六年（1633年）八月，再加徐光啟太子太保、文淵閣大學士兼禮部尚書，位極人臣，何等榮耀。同年十一月徐光啟病危，但仍奮力寫作，力疾依榻，猶矻矻捉管了曆書，並囑家屬速繕成《農書》進呈，以畢吾誌。
徐光啟在67歲以後青雲直上，而在臨死前一年更是快馬加鞭，竟然來了個終極三級跳，可謂時來運轉。昔年有心栽花的李白、杜甫、陸遊、徐渭，一個個空懷壯誌，徒有名聲，最終連個芝麻綠豆官都沒當上，何以報國？而畢生埋頭於科技事業的徐光啟，不求有功但求無過，無意插柳，怎麼也不會想到在晚年能戴上這麼多光環。
徐光啟一生究竟做出了哪些重要貢獻？《明史·徐光啟傳》開宗明義，記雲：徐光啟，字子先，上海人。萬曆二十五年舉鄉試第一，又七年成進士。由庶吉士曆讚善。從西洋人利瑪竇學天文、曆算、火器，盡其術。遂遍習兵機、屯田、鹽策、水利諸書。他是一部百科全書，學了而且做了許多看似各不相幹卻都是國和民所需要的事。
從青年時代起，徐光啟就注意農桑水利技術和各種實用知識。他一生不遺餘力地吸收、介紹和推廣歐洲科學知識，為國為民貢獻了他的資才。他把自己的知識和才能毫無保留地播撒在中國的土地上，留下很多著作，做了很多實事，而其中有四件事可稱為具有標誌意義。第一件不言而喻是翻譯《幾何原本》，第二件是著述《農政全書》及提倡和引進番薯，第三件是練兵和提出火炮應用理論，第四件是組織編纂《崇禎曆書》。
生性喜愛農業的徐光啟，一生關於農學方麵的著作甚多，除他死後經陳子龍改編出版的《農政全書》外，還有《甘薯疏》、《農遺雜疏》、《農書草稿》（又名《北耕錄》）、《泰西水法》（與熊三拔共譯）等。其中《農政全書》主要包括農政思想和農業技術兩大方麵，較全麵地闡述了徐光啟的農政思想。向內地引進紅薯是徐光啟的一大功勞，由於紅薯和後來引進的玉米，解決了中國的糧荒，使人口從當時幾千萬，猛然躍升為乾隆年間的兩億多，乃有人口眾多之盛。
以農業為富國之本，以正兵為強國之基，正是基於這樣的認識，徐光啟一貫重視軍事科學技術的研究，他的軍事思想核心是求精和責實。徐光啟還特別注重製器，尤其是火炮的製造，可以稱得上是中國軍事技術史上提出火炮在戰爭中應用理論的第一個人。徐光啟一生中最重要的、最有成效的成就，應該是他主持曆局修訂和編纂了《崇禎曆書》，使中國有了將近三百年的官方天文學記載。
明初以來使用的《大統曆》屢生差錯，萬曆三十八年十一月壬寅朔（1610年12月15日）日食，欽天監預報發生顯著錯誤，崇禎二年五月酉朔（1629年6月21日）日食，欽天監推算又出現錯誤。為此，崇禎皇帝授權徐光啟組織曆局進行改曆，先後聘請耶穌會士鄧玉函、羅雅穀、湯若望參與工作。在徐光啟的領導下，曆局從1629年開始，到1934年編譯成46種137卷的《崇禎曆書》。徐光啟本人雖在1633年病逝，但大部分工作在他在世時都已經規劃好並且完成，其繼任人僅花一年的時間就把曆書編完了。
《崇禎曆書》是西方天文學的百科全書。第一部分包括了西方天文學的各種理論；第二部分是根據這種理論而編算出來的各種天文表，這些天文表在中國傳統的曆法裏通常是不記載的。經過十年爭論，八次較量後，《崇禎曆書》終於被崇禎皇帝於1644年下令頒行天下。然而詔書剛發，李自成的軍隊就打進京城，明朝滅亡。傳教士湯若望乘機轉舵，把《崇禎曆書》做了刪改，獻給了清朝政權。順治皇帝重新題寫了書名，命名為《西洋新法曆書》，頒行天下。明朝花了很多人力、物力修成的這部立法，竟變成了送給清朝的一份厚禮。
四
徐光啟的家族在上海擁有一大片土地，這片地留存至今，人稱徐家彙。
徐彙區的前身是南直隸鬆江府上海縣法華彙，在明朝時這裏還不是城市而是鄉村，四周都是種滿莊稼的農田。當年有一戶祖居蘇州的徐姓人家遷至上海，後代因經商而致富。其後六七十年間，徐家經曆了三次較大起伏，到了後人徐思誠時，家道第三次中落並到穀底，徐思誠亦從經商轉為務農，就在這時候徐家生下了一個男孩，取名光啟。
徐光啟字子先，號玄扈，教名保祿，嘉靖四十一年（1562年）生於法華彙（另一版本謂太卿坊，即上海市黃浦區喬家路）。少年徐光啟聰敏好學，在龍華寺讀書，並深受其父博識強記和其母性勤事的影響。萬曆九年（1581年），徐光啟應金山衛試中秀才後在家鄉教書，娶本縣處士吳小溪女兒為妻，十二年後他離鄉赴兩廣任教。
其後徐光啟曾四度回鄉：第一次是萬曆二十六年（1598年），他在會試後回鄉教書；第二次是萬曆三十五年（1607年），父親去世後他回鄉守製；第三次是天啟三年（1624年），他遭讒劾去職，回鄉著述。崇禎六年（1633年）十一月八日，徐光啟病逝，崇禎皇帝聞訊停朝三天，特地為他賜祭，追贈他為太子少保，並諡為文定。崇禎十四年（1641年），朝廷派遣專使護送徐光啟靈柩回鄉，歸葬上海，這是徐光啟最後一次回鄉，但也是他永遠回到家鄉。
徐光啟墓地在上海縣城西門外十餘裏的地方，被稱為閣老墳。墓地占地二十畝，共有十個墓穴，中間葬徐光啟及其夫人吳氏，左右是他的四個孫輩夫婦。其後徐家後代子孫陸續在墓地周圍聚居，並逐漸繁衍開來，形成村落。因這裏是徐家聚居的地方，原來又曾是肇嘉浜、蒲彙塘、法華涇三水的彙合處，徐家彙因而得名。後來這地方逐漸繁華起來，並以徐家彙為中心形成了一個商業區。
然而徐光啟的光環並沒有讓其子孫後代的居地得到庇蔭，從不堪回首的鴉片戰爭，到十年文化大革命，徐家彙默默地承受著一次次痛苦煎熬，無奈地打發了百餘年的蹉跎歲月。20世紀80年代，一場改革開放的偉大變革，讓徐家彙看到了希望的曙光，並終於抓住了20世紀最後一次騰飛的機會，開始了振翅高飛的壯美曆程。
改革開放時期，十裏洋場的十年巨變，不僅讓國人而且也讓世界感到眼花繚亂。在上海這個大家庭中，黃浦、盧灣、長寧、靜安、普陀等區均取得了較快的發展，而浦東與徐家彙更是發展飛速。位於中心城區西南部的徐家彙，憑借著地理位置、交通設施、生活和商業配套上的優勢，不僅毋庸置疑地成為上海十大商業中心之一，而且雄心勃勃地發誓要建成上海的新宿、尖沙咀。別以為徐彙區搶了其他各區的風頭，在那些有深厚徐彙情結的徐家後人眼裏，徐家彙是上海曆史上第一高官徐光啟的出生和歸葬之地，它才是上海永遠的市中心。