汤若望在历局任职期间，曾制造天球仪一具，天球平面球图一幅，附有赤道圈和黄道带。球体大而适当，用青铜熔铸，其上镀金。他又制造中国前所未见的地平日晷一具，用白色大理石制作，长1.625米，其指针由制作精美的金龙背负着。他还为朝中大臣们制作便于携带的小型日晷，以象牙为之；并为天文家们制造大小望远镜、观象仪等。他参与撰写《崇祯历书》，是汤若望在明代成就的一项重要功绩。这是他与徐光启、李之藻、李天经、龙华民、邓玉函、罗雅谷等共同完成的。《崇祯历书》共有137卷。其中很大一部分是根据西方历书翻译而成。这部巨著的完成，为中国以后研究历法，奠定了良好的基础。
   1633年11月8日，阁老徐光启逝世，享年72岁。临终时，他邀汤若望守候在侧，因徐光启素以父辈视之。至是汤若望失去了强有力的保护人，徐光启时称中国教会的三大支柱之一。光启死前，曾将汤若望和整个教会托付于朝中具有很大影响力的、既是教友又是挚友的一位重要人物。幸而崇祯皇帝本人对汤若望亦有敬爱之情，使若望因其宠遇而传教益力。
   有老中官（太监）洗名若瑟者，曾由若望授洗；若望赖其力，获入宫禁；1632年间，曾在宫中举行首台弥撒。1631年，已有重要中官10人授洗，其中有庞天寿，洗名亚基楼，后以忠勇辅卫明末诸帝，见称于世。庞天寿于另一授洗中官，曾带领他们的老母至若望前亦授洗。这两位老妇事先曾由邱良厚修士为她们讲授教义，已具备入教条件。又另一领洗中官，品行为人所重，因被人陷害驱逐出宫。依龙华民神父为教理讲解员，而传教于其故乡大城县。前利玛窦所创造的“天主之母善会”，汤若望曾加以扩展，推及信教妇女。
   金尼阁神父在欧洲时，巴伐利亚诸大公曾赠与他一本精美图册，内容为耶稣基督事迹图，汤若望附以中文说明后，连同一套三王来朝模型，为彩色蜡制艺术品，呈献给皇上，深受崇祯皇帝喜爱，他置于内宫御几，许后妃们翻阅观赏，中官若瑟乘机为后妃们讲解，有数人因受耶稣救世事迹所感动，而欲入教；汤若望许若瑟代为授洗，其中居后妃位者三人受洗，洗名分别为亚加大、赫莱娜和泰奥多尔。
   至1640年，宫中信教妇女已有50人，中官40余人，皇室信教者140人。当时朝野以为崇祯帝虽未受洗，但已有愿洗之心，因宫诸多偶像都已拿走，迷信活动亦已停止，人们曾多次听到他说：“天主教义是真而圣的，我因渺小，未能全懂。”可以肯定，崇祯皇帝虽已认识真理，但没有勇气拥抱真理。
   协助明廷造炮是汤若望在明完成的又一大事。大炮最早发明于中国，随着蒙古人西征传到欧洲，又融汇了欧人的智慧而得到进一步发展，可惜在中国却相应地落后了。
   徐光启等人曾从澳门购来一批大炮，这些在对付北金的战斗中发挥了威力，使屡遭骚扰的边疆得到安全。正因为如此，在边防再次告急时，崇祯决定任用洋人造炮，并慎重地起用汤若望。当时持反对意见的不乏其人，有的甚至声言：“堂堂中国若用其小技以御敌，岂不贻笑？”崇祯指斥这种见解为愎拗偏迂，并指出：“大炮是中国长技，若望比不得外夷。”一语道出了崇祯对若望的格外信任，完全不把若望视为外人。
   1636年，若望负责设计与指导，大小太监们充当兵工。经过反复实验，先铸成大炮20门，每门重1200斤。崇祯帝派大臣验收，嘉其坚利，诏再铸500门。为降低造价并方便携带，奉旨又造轻便型小炮500门，可在马背上放射，亦可扛在两名士卒肩上放射。如此持续两年，从事制炮任务。明朝末代皇帝为嘉奖若望的功绩，赐金制匾额两方，上勒文字，一旌其功，一颂圣教。
   大炮的设计与铸造需要各方面的知识与能力，如数学、化学、物理、测绘等，博学多才的汤若望因而得到了充分施展才能的机会。他在火药和火器的采用上，不仅从实践上，亦从理论上为国家作出了贡献。他与焦勖合著了《火功挈要》一书，此书又称《则克录》，含攻则必克之意，从理论上叙述了各种火攻方式的使用及效果，还讲述了火炮的构造与操作。此书的问世，对中国兵器的发展起到了一定的作用。
   其时，除满洲兵外，尚存李自成的农民起义军直逼京师。崇祯皇帝既见中官叛离，又见将士逃亡，因不愿落入敌人之手，将三名幼儿托付于某忠臣后，在一树上自缢身亡，时在1644年。此后不久，清兵入关，大明沦亡，京都陷落。在此之前，北京城内十分混乱，全城居民外逃避者不计其数，一些传教士亦跟随明太子漂泊南去。而唯汤若望稳如泰山，处惊不变，不仅不主动出逃，官方的“逐客令”，亦未能将他赶走。他始终住在南堂内，精心保护教堂和照顾未能逃走的教友，因此教友妇女、儿童和年轻贞女们都匿居堂中，果然，因天主的保佑，堂中教友没有一个人受到任何伤害。就连最轻微的侮辱也没有。由于他的精心保护，存放在堂内的历书刻版亦安然无恙。清兵入城后，摄政王多尔衮限令内城居民三日内迁至外城，为八旗兵腾房。若望上疏摄政王，陈述自己难以外迁的理由。他简述了自己的身份、来历，以及“作宾于京，虔修好年”的简历，然后直抒己愿：“曾奉前朝故帝令修历法，著有历书多帙，付工镌版，尚未完工。而板篇已堆积垒垒，并测量天象各种仪器，由西洋带来者居多。倘一损失，修正既非容易，够办又非可随时寄来。特为沥情具折，恳请皇上恩赐……”鉴于汤若望言词恳切，理由正当，清廷立即颁旨，允准他安居天主堂，令各旗兵卒不得阑入滋扰。当北京全城处在火海之中时，宫殿、寺庙以及民宅尽被焚毁，独若望居所无恙。由于若望有胆有识，所以不但没有被搬迁的严令难住，反而使新朝有机会了解他。为日后得到重用创造了条件。