后来，一行和梁令瓒等又设计制造水运浑象。
这个以水力推动而运转的浑象，附有报时装置，可以自动报时，称为“水运浑天“或“开元水运浑天俯视图“。
水运浑天仪是一具依靠水力而使其运转，能模仿天体运行的仪器，并可以测定时间。
这个浑天仪改进了汉代科学家张衡的设计，注水激轮，令其自转，昼夜一周，除了表现星宿的运动以外，还能表现日升月落，当然比张衡的水运浑象仪更加精巧、复杂了。
所以，当水运浑天仪造成之后，置于武成殿前，文武百僚观看后，无不为其制作精妙，测定朔望、报告时辰准确而叹服，共称其妙。
特别是在水运浑天仪上，还设有两个木人（相关的商州铜佛龛文物遗址仍存），用齿轮带动，一个木人每刻（古代把一昼夜分为一百刻）自动击鼓，一个木人每辰（合现在两个小时）自动撞钟。这两个木人是运用机械原理而制成的古代机器人。
这是一个十分巧妙的计时机械，是世界上最早的机械时钟装置，是现代机械类钟表的祖先，比公元1370年西方才出现的威克钟要早六个世纪，这充分显示了中国古代劳动人民和科学家的聪明才智。
尽管这架水运浑天仪在使用了一段时间后，便因铜铁渐涩，不能自转而进入博物馆了。
但是，一行和梁令瓒却以获得天文钟的发明权而永垂史册。
天文测量
一行受诏改历后组织发起了一次大规模的天文大地测量工作。
这次测量，用实测数据彻底地否定了历史上的“日影一寸，地差千里”的错误理论，提供了相当精确的地球子午线一度弧的长度。
一行发起这次大规模的天文测量主要目的有二。
其一，中国古代有一种传统理论：“日影一寸，地差千里。”
刘宋时期的天算家何承天根据当时在交州（今越南河内一带）的测量数据，开始对此提出了怀疑，但长期未能得到证实。
隋朝天算家刘焯则提出了用实测结果来否定这一错误说法的具体计划，他说：“交爱之州，表北无影，计无万里，南过戴日，是千里一寸，非其实差。”
他建议：“请一水工，并解算术士，取河南北平地之所，可量数百里，南北使正。
审时以漏，平地以绳，随气至分，同日度影。
得其差率，里即可知。
则天地无所匿其形，辰象无所逃其数，超前显圣，效象除疑。”
但这个建议在隋朝没有被采纳。
一行的测量则实现了这一计划。
其二，当时发现，观测地点不同，日食发生的时刻和所见食象都不同，各节气的日影长度和漏刻昼夜分也不相同。
这种现象是过去的历法所没有考虑到的。这就需要到各地进行实地测量。
一行坐禅
这次测量过程中，由太史监南宫说及太史官大相元太等人分赴各地，“测候日影，回日奏闻”。而一行“则以南北日影较量，用勾股法算之”。可见，一行不仅负责组织领导了这次测量工作，而且亲自承担了测量数据的分析计算工作。
当时测量的范围很广，北到北纬51度左右的铁勒回纥部（今蒙古乌兰巴托西南），南到约北纬18度的林邑（今越南的中部）等十三处，超出了中国南北的陆地疆界。这样的规模在世界科学史上都是空前的。
制定《大衍历》
从开元十三年（公元725年）起，一行开始编历。经过两年时间，参考《九执历》，编成草稿，定名为《大衍历》。
《大衍历》后经张说和历官陈玄景等人整理成书。
从开元十七年起，根据《大衍历》编算成的每年的历书颁行全国。
经过检验，《大衍历》比唐代已有的其他历法都更精密。
开元二十一年（公元733年）传入霓虹，行用近百年。
