爱华网忽必烈自登上汗位后，财政困难的问题就一直在困扰他。平定叛乱，攻打南宋，赏赐皇亲臣属，都需要大笔的钱，可朝廷的收入却很有限，他急需会当家理财的人。就在这样的情况下，公元1262年春，中书省左丞(中央政府机关中的最高负责长官)张文谦，向忽必烈举荐了郭守敬。
郭守敬，字若思，顺德邢台(今河北邢台)人。是我国杰出的天文学家、数学家和水利工程专家。
郭守敬从小是由祖父郭荣抚养长大的。郭荣也是个极有学问的人，尤其精通数学和水利。在祖父的教导下，郭守敬从小勤奋好学，并且培养了很强的动手能力。北宋的科学家曾在古代漏壶的基础上，改制了一种计时比较精确的计时器“莲花漏”。但到郭守敬时，莲花漏已经失传，只有从石碑上拓印下来的图样，可以知道它的外部形状。当时仅十五六岁的郭守敬，根据这样一幅图就弄清了莲花漏的工作原理。忽必烈召见郭守敬时，郭守敬刚好把莲花漏仿制成功。大约因为他把作为装饰的莲花作了改动，这个漏壶被改称为“宝山漏”。献给朝廷后，元代的司天台(国家天文台)将它作为计时器而采用。
忽必烈召见郭守敬之前，郭守敬已在邢台地区从事了一段时间的水利整治工作，并且取得了很好的成效。见到忽必烈后，他提出了六项水利工程计划，其中最重要的就是修复燕京到通州(今北京通州)的河道，接通大运河，以节省到京都的漕运费用。
由于郭守敬的计划资料可靠、筹划翔实，能为元政府带来大笔赋税，因此忽必烈当即同意了他的计划，并任命他为提举诸路河渠，掌管各地的河渠整修和管理工作。第二年，他又升任银符副河渠使。
公元1276年，元军攻下南宋的京城临安，全国统一已成定局。忽必烈下令设立太史局(后改称太史院)，负责改革历法，编修元朝自己的历法。负责太史院的王恂是郭守敬的老同学，他聘请当时已任工部郎中的郭守敬负责制造仪器和观测天文的工作。
仪器和观测，是编修新历法的最基本的工作。可是经郭守敬检查发现，当时司天台上的天文仪器，大多是金朝遗留下来的。浑天仪是最重要的天文观测仪器，可司天台上的浑天仪还是金兵攻下北宋京都汴梁后抢来的。由于燕京和汴梁的纬度不同，这架仪器无法直接使用。其他仪器也大多破损，不能使用了。为此，郭守敬制作了十二件在司天台上使用的仪器，四件可搬运到野外使用的仪器。其中，最著名的就是“简仪”。
简仪是将传统的浑天仪简化、改造而成的。浑天仪是测定星球在天体中位置的仪器，由七八个同心圆环套叠组成。在这些圆环中夹着一根细长的“窥管”，把窥管对准哪个星球，就可以推定这个星球在天体中的位置。但由于圆环有七八个之多，每个都有一两寸宽，观测时这些圆环挤在一起，很不方便，甚至会错失观测机会;而且读数也不太精确，只达到四分之一度。
郭守敬对这些圆环作了分析，他发现有些星体的运行位置的度数，可以用数学方法来计算，相应的圆环可以撤消。此外，他又把测读地平方位角的圆环分离出来，另外建了一架独立运用的“立运仪”。经他改造后的简仪，运用起来既方便又清晰，精密度也达到了三十六分之一度。
郭守敬运用简仪对天体作了观测。他测定了黄道与赤道的交角，以及二十八宿(星座)的距度，其精确度都大大提高。这为编制一本高精确度的历法，奠定了科学的基础，而简仪的装置原理，后来则在现代天文望远镜中得到了广泛的运用。
为了编好新历法，他还主持了大规模的天文观测活动，在全国建立了二十七个观测点。其中最南端的观察点在南海(今西沙群岛)，最北端的观察点在北海(今西伯利亚)。公元1280年，新历法初步编成，被定名为《授时历》。《授时历》以365.2425天为一年，与地球绕太阳一周的实际时间相比，仅仅只差了二十六秒钟。《授时历》同我们现在使用的公历周期相同，但比现行公历要早了三百年。
1291年，六十岁的郭守敬再次主持开通大都到通州的运河工程。
其实，在忽必烈召见郭守敬后不久，开通燕京到通州的运河工程就开工了。当时引的是燕京城西北玉泉山的水，但玉泉山的水量有限，对恢复航行作用不大，第一次开通工程失败了。第二次，他考虑利用京郊水流量最大的浑河水。但浑河泥沙较多，为了泥沙淤积问题，他没有在运河上建立闸或坝。可是浑河的河道坡度较大，水流又急，没有河闸控制，运粮船无法逆流而上。结果运河只对农田灌溉有用，仍解决不了漕运问题。
这次，郭守敬经过详细的勘察，在离大都西北三十公里处的神山(今凤凰山)脚下，发现了水流量较大的白浮泉。如果引白浮泉向南流，沿途可拦截其他泉水，使水量增大。山泉清澈，也没有泥沙淤积问题。忽必烈很高兴，立刻批准了这个方案，并重设都水监管理工程。aIhUaU.com/
开工后，郭守敬没有直接开渠将白浮泉向东南引，而是先把泉水引向西边的西山，然后再回东南。原来，从神山到大都，当中有不少地区的海拔都比大都低，直接往东引，水就进不了运河了。而迂回到西山，可保持河道始终高于大都，并能拦截更多的泉水。
1293年秋，从神山到通州全长一百六十多华里的运河，全程贯通，忽必烈将它命名为“通惠河”。
