从开元十二年起，一行组织了全国十多个点的天文大地测量。其中南宫说等在今河南省四个点的测量工作最重要。他们测量了当地的北极高度、夏至日正午八尺标竿的影子长度，还测量了这四个位处一条子午线上的观测点之间的距离。经一行归算，求得南北两地相距351里80步(唐代尺度)，同北极高度相差1度。这就是一行所测定的地球子午线一度的长度。尽管这个数字并不精确，但这种做法在世界上是第一次。

    开元十三年，一行着手编历，在他逝世之前完成草稿，后经张说、陈玄景等人整编成册。其中包括：《开元大衍历经》1卷7篇，《七政长历》3卷，《历议》10卷，《历立成》12卷，《古今历书》24卷，《略例奏章》l卷，《天竺九执历》l卷。其中《历经》全文被录入新、旧《唐书·历志》，《历议》、《略例奏章》被摘要录入《新唐书·历志》，因此得存留至今。自开元十六年起，每年颁发根据《大衍历》推算的次年的历书。经检验证明，《大衍历》比以前所有的历法都更精密。其结构严谨，演算步骤合乎逻辑，为后世历法所师。《大衍历》对太阳周年视运动中速度变化的规律描述得比以往的历法更合乎实际。它在日蚀计算中首次考虑了全国不同地点的见蚀情况。对五星运动不均匀性的计算也比以往的历法更合乎科学。开元二十一年，《大衍历》传入日本。

    一行在数学上也很有成就。他在《大衍历》中提出了自变数不等间距的二次差内插法；吸收印度传入的正弦函数，并用于编制天文数表；提出了含有三次差的近似内插公式。

    一行叔祖父张大素撰《后魏书》，其中《天文志》未完成，后由一行续成为2卷。后人将此2卷补入魏收所撰《魏书》，为《天象志》的第三、四两分卷。一行还曾协助金刚智译《陀罗尼经》；助印度善无畏译《大日经》7卷，并自撰《大日经疏》20卷；奉救撰《释氏系录》l卷；著《摄调伏藏》10卷，《梵天火罗九曜》1卷等。

    一行在天文、历法、仪器制造等方面都有重大的贡献。在中国科学技术史上，他是一位成就卓著的天文学家。《旧唐书》卷19l有传。