蒙古中統三年（一二六二年），郭守敬北上上都開平，向剛剛登上大位的忽必烈提出六項水利建議。從此，他的一生再也沒有離開過「水」。西夏治水，修復引黃灌渠八十條，灌田九萬餘頃；實現永定河引水和白浮泉引水，解決了元大都城市發展和綜合供水的需要，奠定了北京城市供水的歷史格局；開通惠河，成為實現京杭大運河全線通航的第一人。水利之外，郭守敬還精於天文和儀象。他改進並創製了簡儀、高表、候極儀、渾天象、景符、窺几等一批處於世界先進水準的儀表，提議並親自開展中國歷史上最大規模的天文測量。他和王恂等一起花費三年半時間，編修了代表當時世界天文學研究最高水準的《授時曆》，繼承古術而「改正七事、創法五端」，使各年閏月和二十四節氣準確安排，日蝕、月蝕的日期、時刻與見蝕情況得到準確推算。郭守敬在科學技術上創造了許多個「世界第一」，成為十三世紀中國和世界上最傑出的科學家之一。