隨著針盤的廣泛應用和經驗積累，元代海員已掌握從一地航行到另一地的轉向針定位技術，這些針位點的集合，叫做針位航路。為了能進行氣象預測，元代航海者將原先比較簡單與零碎的海洋氣象預測知識進行總結，並采用易於上口和記憶的歌訣形式來記憶。《海道經》有這樣生動的描述：“春夏東南風，不必問天公；秋冬西北風，天光晴可喜”。又如，“七月上旬爭秋風，穩泊河南莫開船，八月上旬潮候時，風雨隨潮不可移。”諸如此類，不勝枚舉。對於海洋氣候的分類之細，更可以看出航海者對航海氣象知識掌握得相當深刻：“占風門”、“占天門”、“占雲門”、“占虹門”、“占電門”等，即使在今天仍不失實用性和可靠性。
對各種海生動物狀態的判斷，也常被元代航海者派上用場：“螻蛄放洋，大颶難當；金銀遍海，風雨立待；烏鮒弄波，風起便和。”真是既形象好記，又琅琅上口。
元代航海者的用錨技術比宋代也又進一步，首先，他們能注意拋錨與風向的關係，如遇“急猝暴風，奔港灘不及之時”，就必須先“急搶上風，多拋鐵錨，牢係繩”，然後再視船隻大小進而采取對策。其次，他們能注意拋錨與水流的關係，水流過急不可拋錨，否則就會走錨或者斷纜，發生危險。第三，他們能注意到拋錨與錨地底質的關係，如果是大洪硬泥，連鐵質船錨也難以拋抓；如果是“海中泥濘”，底質較軟的的話，就要拋錨，以便增加附著抓力，穩住船身。
二、元代的海運漕糧與海外交往
公元１２９２年，元代著名科學家郭守敬引今北京昌平縣城東南北山腳下的白浮泉開通了運河。第二年秋天，漕運就通航了。一時間，漕船頭尾相銜，魚貫而入，滿載著江南稻米、木材、陶瓷、綢緞等，使“汪洋十裏”的海子（今北京積水潭），變成了遠近聞名的大碼頭。
據傳，一日元世祖忽必烈駕臨積水潭，“見舳艫蔽水。大悅。”所謂“舳艫蔽水”，意思是船艫密集，把整個水麵都遮蔽了。元朝曾三造漕船，共８０００多艘，可見當時的盛況。
盡管河運已通，但常因天旱水淺，河道淤塞，漕船往往難以如期到達。加上內河航運水陸輾轉，運量有限，難以滿足實際需要。因此，元朝統治者又開辟了以海運為主的漕糧航線。
為了縮短活動周期，在１２８２─１２９３年的１２年內，海運漕糧航線曾有過三次重大變更。最初航線自江蘇的劉家港（今太倉縣的瀏河）入海，循海岸北行，繞過南通、海門等縣海麵外的黃連河頭、萬裏長灘，過鹽城、海州、密州（今山東諸城縣）、膠州灣，航行大約２個月轉向東北至成山角；再向西北航行到達直沽（今天津）。全程１３３５０裏，當年１１月啟航，次年３月抵達。以後一般是正月裝糧入船，２月開航，４月到達海河口的直沽交卸，５月回還，再接運一趟，８月２日回南方。這條航線有兩個缺點：一是沿途多淺灘，費時又費力，單程一趟就需要三、四個月，時間過長；二是成山頭風大浪急，船隻航行至此經常會遇到危險，甚至沉沒。
早在１２８０年，就有人建議在山東半島的中部開鑿一條膠萊運河，就是從膠州灣的麻灣口通到萊州灣的海倉口，既可大大縮短航程，又可完全避免成山頭的風浪。於是元世祖忽必烈下令開鑿運河，派軍隊一萬多人日夜動工趕挖，三年後初步鑿通，用小船把海船運來的糧食接運北上。但是由於山東半島的中部高、南北低，新運河水很淺，很快即被泥沙淤積，不久就無法通航了。開河工程被迫停止進行，參加開河的官兵隻好轉為參加海道運糧。
１２９２年，朱清、張蠧等人由於原先航路險惡，屢發事故，決定另辟蹊徑，新開海上航線。改進後的航路比前期有了重要改進。首先，航行時節已由冬季改為夏季，所以一路上可以利用西南向或東南向的季風，使船期大為縮短。其次，此航線離開海岸稍遠,避開了江蘇與山東沿岸的淺險區域,安全度有所提高。收效最明顯的是,事故損失糧食與起運糧的比例,已由上一年的１６％降至３％。然而這條航路仍有許多不足，如遇上風向不對、水流不順，往往要航行一個月乃至４０天以上，方能到達。因此，１２９３年他們又對航線作了部分調整：糧船由劉家港開航後，過黃連沙，轉向西行駛，到了膠西後，轉折成東北，直駛成山角。
改進往往不是一帆風順的，有時甚至常常適得其反，事與願違。第二次改進航路就是如此，不但在航期沒有縮短，而且因近岸水程變長，航行危險反而增加。於是，另找一條安全捷便航路再次被提到議事日程上來。