順治元年十一月，命掌欽天監事。次年，他將《崇禎歷書》壓縮成《西洋新法歷書》一百零三卷，進呈攝政王多爾袞，封太常寺少卿。

　　順治七年，清政府賜地在宣武門內原天主堂側重建教堂。湯若望將利馬竇建的一座經堂擴大，建成了北京城內的第一座大教堂(南堂)，此處成為湯若望等神父的起居地。湯若望工作的地點則是在北京建國門附近的古觀象台。在古觀象台工作的傳教士有50多人，湯若望是其中最主要的傳教士，還擔任台長，即欽天監監正。

　　順治八年順治帝親政後，湯若望經常出入宮廷，對朝政得失多所建言，先後上奏章三百余封。順治帝臨終議立嗣皇，曾征求湯若望意見。當時順治帝因得天花，而當時朝廷中只有湯若望一人知道天花如果流行會造成什麽樣的後果，於是他就說一定要找一位得過天花的皇子來繼王位，於是便有了後來的康熙大帝。

　　中西歷法之爭，由來已久，吳明煊早在順治十六年便上疏舉報湯若望天算錯誤，結果反落了個“詐不以實“的罪名，險些被判了死刑。順治十五年(1658)湯若望受一品封典，耶穌會傳教士影響因而擴大，一時各地教徒增至十萬人，終於引起衝突。康熙三年(1664)，楊光先複上《請誅邪教狀》，經議政王會議，翌年以數條罪名判處湯若望等人凌遲處斬。楊光先言湯若望等傳教士有罪三條:潛謀造反;邪說惑眾;歷法荒謬。

　　康熙三年九月二十六日，清廷“會審湯若望，以及欽天監官員，翌年三月十六日，廷議將欽天監監正湯若望，刻漏科杜如預，五官挈壺正楊弘量，歷科李祖白，春官正宋可成，秋官正宋發，冬官正朱光顯，中官正劉有泰等皆凌遲處死。已故劉有慶子劉必遠，賈良琦子賈文鬱，宋可成子宋哲，李祖白子李實，湯若望義子潘盡孝俱斬立決。“

　　後因京師地震，湯若望遇赦，隻殺了李祖白等5名欽天監官員，“時憲歷“亦遭廢止。楊光先乃出任欽天監正，吳明煊(明炫之弟)為監副，“複用大統舊術“。行之數年，誤差日大。持新法之比利時傳教士南懷仁等與持舊法之楊光先等交爭不已，康熙七年(1668)十一月，特派員察勘兩造實際觀測，證明新法優於舊法。楊光先被革職，任南懷仁為欽天監副，於康熙九年(1670)複行時憲歷。經過這場鬥爭，新法終於戰勝舊法。

　　中國古代，制定歷法和頒布歷法是皇權的象征，列為朝廷的要政。歷代王朝都在政府機構中設有專門司天的天文機構，稱為太史局、司天監、司天局、欽天監等，配備一定數量的具有專門知識的學者進行天文研究和歷書編算。歷法在中國的功能除了為農業生產和社會生活授時服務外，更要為王朝溝通天意、趨吉避凶。日、月食和各種異常天象的出現，常被看做是上天出示的警告。所謂“天垂象，示吉凶，聖人則之“。

　　明代，歷法年久失修、故經常出現舛謬，修歷迫在眉睫。1629年(崇禎二年)11月6日，歷局成立，歷局是個臨時的研究改歷的機構，其任務就是編纂一部《崇禎歷書》，實際就是編纂一部西方的數理天文學知識集成。歷局的成立意味著西方古典天文學系統傳入中國，中西天文學交流溝通的開始。

　　歷局在徐光啟主持下，經過十多年的辛勤工作，終於1634年12月完成了卷帙浩繁的《崇禎歷書》，共計46種一百三十七卷。內容分“五目“、“六次“。

　　“五目“指的是:法原，即天文學基本理論，包括球面天文學原理;法數，即天文數表，附有使用說明;法算，即天文計算必備的數學知識，包括平面和球面三角學幾何學;法器，天文儀器知識;會通，指中國傳統方法和西歷度量單位的換算。

　　“六次“指的是:日躔歷、恆星歷、月離歷、日月交會歷、五緯星歷、五星交會歷六種。包括日月五星運動，恆星方位，日月交食，節氣，朔望等的中西換算。《交食歷指》四卷，《交食歷表》二卷、《交食歷指》三卷、《交食諸表用法》二卷、《交食蒙求》一卷、《古今交食考》一卷，《恆星出沒表》二卷和《交食表》四卷。

　　此外，經湯若望翻譯編著的有關書籍還有:《測天約說》二卷、《測日略》二卷、《學歷小辨》一卷、《渾天儀說》五卷、《日躔歷指》一指、《日躔表》二卷、《黃赤正球》一卷、《月離歷指》四卷、《月離表》四卷、《五緯歷指》九卷、《五緯表說》一卷、《五緯表》十卷、《恆星歷指》三卷、《恆星表》二卷、《恆星經緯圖說》一卷、《交食》九卷、《八線表》二卷、《新法歷引》一卷、《歷法西傳》二卷、《新法表異》二卷。此外還有《西洋測日歷》、《新歷曉惑》各一卷，以及《赤道南北兩動星圖》、《恆星屏障》等書與圖。湯若望還分別為羅雅谷等人撰寫的文學方面的著作做過校訂，如《比例規解》、《測量全義》、《籌算》等書。

　　《崇禎歷書》是對中國傳統歷法的重大改革，其特點有:其一重視理論基礎，法原部分約四十卷，佔全書的三分之一左右，總體上采用了第谷體系;其二引入本輪、均輪等整套小輪系統解釋天統解釋天體運動的速度變化，計算須采用幾何學;其三引入地球概念和經緯度及其有關的測定計算方法;其四引入球面和平面三角學，大大簡化了計算手續，提供了準確的計算公式;其五引入蒙氣差的數值改正，區別了冬至點和日行最速點(即近地點)的不同;其六引進了歐洲天文學中的一些度量制度，如分圓周為三百六十度，分一日為九十六刻，采用六十進位製等等;其七引進了嚴格的黃道坐標系，采用從赤道起算的九十緯度製和十二次系統的經度製;其八在歷日制度上，徹底采用定朔、定氣注歷，並以無定中氣之月為閏月。

　　《崇禎歷書》的編撰完成，標志著中國天文學從此納入世界天文學發展的共同軌道。盡管這部歷書還有不完善之處，但在中國歷法發展史上是一次劃時代的進步。

　　崇禎十四年末，他完成了《崇禎十五年》新歷，並將其進呈皇上。

　　湯若望在此次修歷過程中，還負責製造儀器，培養人才，給歷局的具體工作人員上課，講授歷法知識，指導他們進行數據測算，使用儀器、繪製天文表格等。

　　崇禎皇帝對湯若望等人的治歷工作十分讚賞，1638年底，曾親賜禦匾一方，上面親書“欽保天學“四個大字。

　　1644年，明亡清興，其間還有短命的“大順王朝“。湯若望處世不驚，留守北京、守護聖器聖物及天文儀器和歷書刻板。清兵入主北京之時，湯若望冒死自薦。得以取得新統治者的信任和重用。

　　1644年7月，湯若望向清廷進呈了三件儀器:渾天星球一架，地平日晷一件，望遠望鏡一台。他還呈遞了歷書范本一冊，有根有據地指出了舊歷的七大謬誤之處，並準確預測了8月1日的日食。湯若望所闡述的天學道理得到清廷的認可，朝廷決定采用湯依新編制的新歷，定名為《時究歷》，並在冊面上印有“依西洋新法“五個字，頒行天下。並任命他為欽天監監正，這是中國歷史上的第一個洋監正，開創了清朝任用耶穌會傳教士掌管欽天監的將近二百年之久的傳統。

　　1645年，湯若望下了很大功夫，對卷帙龐雜的《崇禎歷書》進行刪繁去蕪，整理修改，增補內容，使之更為精練劃一。在修改中，他對原歷書的理論部分幾乎原封未動， 而對表格部分做了重大刪節，將原來的137卷壓縮成70卷。另增補了《學歷小辨》、《遠鏡說》、《新法歷引》、《新法表異》、《歷法西傳》、《測食略》、《新歷曉惑》、《黃赤正球》、《渾天儀說》、《籌算》、《幾何要法》、《治歷緣起》等十幾種30卷。合成30種100卷，取名《兩洋新法歷書》，呈送朝廷刻印行，作為每年推算時憲歷書的根據。新增補的內容都是新法歷書中很重要的成分。

　　《新法表異》和《歷法西傳》二書，是他為溝通中西天文學，介紹西學所寫的兩本著作。前書敘述了中國天文學的發展概況，介紹中國歷代歷法不下70種，及同一種歷法的不同版本。介紹了新歷法的優點，比較了新舊歷法42個不同之處，從各方面解釋新法為什麽比舊法先進的道理。《歷法西傳》2卷是湯若望1640年為介紹歐洲天文天文學界前輩而寫。書中介紹了托勒密的《天文學大成》，哥白尼的《天體運行論》，對伽利略的新發現介紹較多。

　　湯若望在傳播西學上，的確如其本人所說“總想立於歐洲科學的高峰“，盡其所能，將歐洲的科學知識介紹給中國。

　　1645年12月，他將這部100卷的《西洋新法歷書》進呈清朝，刊刻印行，通行全國，從此成為每年編制歷書和各種天文推步的依據，直以今天也是中國編制農歷的基礎。

　　由於湯若望制定的歷書“考據精祥，理明數著““創立新法，勤勞懋著“，1646年清廷加授他太常寺少卿銜，官階為正四品。