五、通州练兵
1618年（万历四十六年），因辽东前线的形势紧张，有人推荐徐光启，说他“夙知兵略”。万历天子急召徐光启入京。徐光启这时因中寒发疾，险些起不了床。当他接到紧急诏令后，只好由轿夫抬着进京，复任原职。
原来，两年以来，恒久居住在我国东北一带的女真族不停强盛起来，建州女真人努尔哈赤统一了女真各部，建设了后金政权。1618年，努尔哈赤举兵南下，攻陷明朝东北的抚顺、清河，并扑灭明兵万余。消息传来，朝野震惊。徐光启因军情紧急，也义无反顾，得病入京。
返京后，徐光启忧国忧民之念，也越发强烈。他给老师焦竑写了一封信，表达了自己对国家前途的关切和实现“强国”、“富国”的心愿。恒久以来，徐光启把自己的科学研究的重点放在农学上。眼下强敌压境，猛烈的战争形势，使他把注意力转到军事学的研究上。
1619年，明朝政府派杨镐为辽东经略，率领40万雄师，兵分四路出关，同后金军队展开了鏖战。后金集中军力猛攻其中一路，接着又各个击破。40万雄师倾刻瓦解，险些全军淹没。
辽东战场上惨败的消息传来，京师大震。徐光启在杨镐兴兵前，就阻挡四路兴兵，认为“此法大谬”，断言杨镐兵败无疑。事实果真没有出乎徐光启的预料。他再也不能保持缄默了，连夜奋笔疾书，向万历天子上了《敷陈末议以殄凶酋疏》，指出这次战役失败，并不是敌人的战略特别高明，而是我方不知用兵。在这次战斗中，敌我兵员相等，杨镐却兵分四路，力量疏散，互不支援，造成“彼以四攻一，我以一敌四”众寡不敌的被动局面。同时，他提出了解决的措施：选拔天下“勇、力、捷、技奇材异能之士”；精求“巧工利器”；赏罚明白。他恳切地向万历天子体现，“臣志图报国，于茂盛二策，考求谘度，盖亦有年。”万历天子对徐光启的这些话视为耳边风，召他入京，又不让他过问反抗后金的事。一个月后，徐光启看到朝廷对他的奏疏没有什么反映，忧心忡忡，坐立不安，又上了《兵非选练决难战守疏》，继续指出了练兵的重要性。但如同第一道奏疏一样，这一道奏疏也石沉大海。不久，前线传来开原失陷的消息，徐光启心如火焚，感愤益切，他再次上了《辽左阽危已甚疏》，高声疾呼，重复陈述后金的侵犯，国家已到了危亡要害时候，恳切祈请皇上迅速接纳他的主张。在这次疏中，徐光启提出了五条带根天性的建议：（1）亟求人才，岂论身世职位，只要有文武才略或绝技巧工均可；（2）亟造武器，务求在质与量上胜过敌方；（3）亟行选练精兵以保全胜；（4）亟造炮台以为永久无虞之计；（5）亟遣使臣同朝鲜交好，配合抵御后金。在这五项建议之前，都冠以“亟”字。“亟”是迫切之意，体现了徐光启忧国忧民的拳拳之心。
徐光启在3个多月的时间中，接连三次上疏，披肝沥胆，痛切陈词，爱国之心跃然纸上。在边防紧急的形势下，徐光启的这些建议不能不引起人们的注意。许多有识之士都对徐光启投以钦佩、赞许的目光。著名的《武备志》的作者茅元仪读了徐光启的《辽左阽危已甚疏》后，倍加赞赏，说这些日子的上疏中，没有比徐光启的第三疏更为深切有益的。倘若朝廷能凭据徐光启的奏疏行事，国家虽面临危难，也可以恢复太平。因为他说的“皆事事实际，亦条条妥当。”建议万历天子“尽破资格”，授徐光启重职。吏部尚书赵焕、工部给事祝耀祖等，也纷纷奏请朝廷任命徐光启募兵训练。迫于外患的严重与朝中一些大臣的压力，万历天子于1619年9月8日（万历四十七年八月初二）下旨：“徐光启晓畅兵事，就着训练新兵，防御国都。”不久，又晋升徐光启为詹事府少詹事兼河南道监察御史，特命治理练兵事务。这样，徐光启便在北京城东的通州（今北京通县）设立新兵训练中心，着手练兵。
徐光启满怀希望，走马上任。练兵前他又上了《恭承新命谨陈急切事宜疏》，对练兵应办的急切事宜，提出了详细的强兵胜敌之计，认为若不这样，就不能“折劲敌之冲，保金汤之固”。他预计，天子对自己的练兵计划并不是真心诚意地支持。果真不出所料，在天子眼里，辽东战事是燃眉之急，对于练兵计划只是接纳姑妄试之的态度，并未给予切实的支持。
选兵的事情很不顺利，凭据徐光启的设想，新兵来源，必须先由各地依尺度严格挑选后再送训。实际上各地送来的新兵大多是老弱病残和无赖闲汉。这样的乌合之众，不光不能增强战斗力，还会增加军队的肩负。徐光启凭据自己选兵尺度逐名点选，勉强选出4000余人。
练兵需要粮饷、器械、车马。万历天子下令要户部、工部、兵部和太仆寺供应。但这四个衙门搪塞塞责，相互推托，谁也不愿认账。冷酷的现实，使徐光启一筹莫展。徐光启上了三次疏，向皇上陈说自己的尴尬处境，指出“兵非臣之所谓兵也，饷非臣之所谓饷也，器甲非臣所谓器甲也。瞻前顾后，展转回惶”。幸好有指挥胡楫、中书杨之骅和河南领兵官丁吕试、陶尧臣相继慷慨解囊，捐出千百金，作为招选教师演习用度和供应新兵兵饷。然而，各地遣送来的新兵络绎不停，而朝廷始终没有发给他们兵饷，新兵的衣食发生很大的困难。四川石柱司土官秦氏率兵3000到京城，向兵部要饷，兵部利用他们说：“兵饷都在通州徐光启处。”秦氏率部到了通州，向徐光启要兵饷，徐光启只好如实说明，他自己也正为缺饷苦恼。这时浙江的新兵从天津开到通州求饷，因无法解决衣食，引起士兵的骚动。延绥游击盛以彰率领3000新兵到达通州，没有几天，口粮就吃完了，士兵饿着肚子。盛以彰到北京请饷，士兵知道盛入京，准备乘隙叛变。徐光启知道这个消息后，为了顾全大局，把平时节衣缩食积贮的银两取出，均分给士兵，制止了这场叛变。
1620年，徐光启在通州接到了万历皇去世的消息，39岁的太子朱常洛继位，这就是光宗。光宗登位不到一个月就死了。由其子15岁的朱由校继位，这就是熹宗，改年号“天启”。
徐光启的选兵、练兵的事情，十分困难，但他照旧忠于职守，兢兢业业。每天起早摸黑在练兵场，一遍又一遍向新兵解说“练艺条格”，做示范行动，有时汗如雨下，气喘吁吁，满身酸痛。这时他已年过六旬，终于因为太过的疲劳，旧病复发了，他只觉得头晕目眩，站立不稳。由开始的一只手指麻木，生长为左半部手脚麻木。他要求兵休，未获批准。徐光启只好带病来到昌平，又紧张地选了近一个月的新兵。1621年（天启元年），徐光启获准辞去练兵职务，回老家养病，因唯恐途中医药未便，就决定暂居天津调治，准备等身体稍好后回家乡。
这一年，后金军队加紧向关内进攻，4月攻破沈阳，接着又连陷辽河、辽阳以东70余城，辽东经略袁应泰战败自杀。危急的形势，又使人想起了徐光启，朝廷中有许多人提出再度起用他。消息传到徐光启耳里，他不禁悄悄苦笑。他认为，局势至此，原意料中之事，决不是靠一小我私家之力所能扭转的。依然体现：“归楫已备，拟克日南行。”他决意南归，实出于无奈。
6月初，天启天子下旨，以紧急军务诏徐光启回京。徐光启病体未愈，又急如星火，返回北京。徐光启到京后，上疏重提练兵，进呈了《谨申一得以保万全疏》，对辽东战守的战略、战术、战备，作了全面的归纳综合和分析，提出请光禄少卿李之藻仿制西洋火炮，还在通州练兵时，徐光启曾请李之藻去澳门购置火炮，李之藻立即同几个朋友筹集了一笔巨款，派学生张焘到澳门购置4门火炮，并聘请4位善于使用大炮的洋人及翻译人员随行。可是，当所买火炮刚运到江西广信地方，就得悉徐光启已辞去练兵的职务。李之藻担忧火炮到京后，万一交给不行信赖之人，被敌人所获，如虎添翼，反受其害，就停止北运。到徐光启再度上任后，4门火炮才运到北京。但单靠这4门还不够，还要制造新炮。
徐光启制造新炮的计划，获得了兵部尚书崔景荣和工部尚书王佐的支持。兵部聘请两名在华传教士加入铸造新炮，工部决定先试造两座炮台。然而，铸造大炮和制作炮台需要一笔巨款。明朝政府在同后金作战中，已消耗了大量人力、财力，国库拿不出钱。所以，徐光启空忙了几个月，到头来两手空空，无所作为。
这时，徐光启的老对头，当年提倡驱逐传教士的沈漼，又乘隙起来对他
攻击，徐光启感应痛心、失望，耳畔似乎响起“一人计不用，万里空萧条”的唐人诗句。天启二年秋，他便愤然告病告退，又一次回到天津，部署部署那里的农田水利事宜。不久，他回到了家乡上海。
六、编写《农政全书》
徐光启怀着抑郁不得伸其志的悲愤，踏上南归的旅程，他准备在上海恒久隐居。这时，朝中最有权势的太监魏忠贤知道徐光启学问渊博，很有声望。便想把徐光启拉拢过来，作为他的党羽。1624年（天启四年），魏忠贤上疏天子，任命徐光启为礼部右待郎兼翰林院侍读学士、协理詹事府事、纂修《神宗实录》副总裁。行文到上海，敦促徐光启前往赴任。富有正义感的徐光启对此丝绝不感兴趣，推托病体未愈，拖了一年多还不去上任。
魏忠贤一伙逐步形成阉党团体，在朝廷排斥异己，作威作富，激起朝野上下正直人士的众怒。东林党人御史杨涟和左光斗相继奋起揭发魏忠贤，上疏魏忠贤24大罪状。但是魏忠贤获得昏庸至极的天启天子的容隐，使这场斗争失败。杨涟、左光斗遭到诬陷，被捕致死。
在猛烈纷繁的党派斗争中，徐光启始终保持中立的态度，他既不去攀龙趋凤魏忠贤的阉党，也不去追随、加入在其时比力富有正义感的知识分子组织——东林党。他想两边都不冒犯，不介入，在夹缝中求得安宁的日子。然而，严酷的社会现实破坏了他的美梦。他终于被卷入到政治斗争的漩涡中。徐光启对天启天子授予的官职迟迟不到任，这种消极的反抗，使魏忠贤一伙十分恼怒。他们指使御史智铤参奏徐光启，攻击徐光启在通州的练兵是误国欺君，并恶毒中伤徐光启外貌上一片热情，忧国忧民，实质是骗取官职，偷盗兵饷，甚至诬陷徐光启将朝廷数万金钱，供小我私家享受，因此“越俎代庖”罪名尚小，“误国欺君其罪大”，要朝廷马上撤消徐光启的官职。糊涂、昏庸的天启天子听信诽语，以“招练无功”的罪名，给徐光启以“冠带闲住”（保留官衔，但不能任职）的处分。
对于智铤的恶意攻击，徐光启十分气愤。为了澄清事实真相，他写了一篇《疏辨》，对智铤的诬陷之词逐条驳倒。文章写好后，本想送到朝廷去，经过冷静的考虑，觉得魏忠贤及其阉党正气焰嚣张，不行一世，辩之无益，说之无用，就放进抽屉，没有呈上。徐光启虽受到“冠带闲住”的处分，却使他能专心致志、全心致力撰写《农政全书》了。《农政全书》写于1625—1628年（天启五年至崇祯元年）之间。其时，此书还未定名，称为《农书》或《种艺书》。这本书的酝酿经历了很长时间，到这时才系统地进行增补、审订、批点、编排等事情。编写成稿后，没有立即付刻。1639年（崇祯十二年），即徐光启去世后6年，全稿才由其时著名学者陈子龙等人编辑校刻出来，并定名为《农政全书》。
《农政全书》共60卷，征引文献225种，约六七十万字。全书分为农本、田制、农事、水利、农器、树艺、蚕桑、蚕桑广类、种植、牧养、制造、荒政共十二目，按其内容，概略上又可归为四类：
第一，富国安民农本思想的论述。把《农本》三卷放在卷首，即“富国必以本业”，引用经史典故、诸于杂论和明朝历代天子的农业政策，以体现本书的指导思想。徐光启主张，国家干预经济的措施，接纳勉励生长农业生产的政策，为富国强兵奠基基础，并提出把农业生产和农业劳动者作为立国的基础。徐光启以前的种种农书，很少有从国家政策的高度，从全国或从一个大的区域规模内，去研究垦殖、农田水利和抗御天灾之法。《农政全书》则从国家政策的高度，对农业生产的生长进行考察。
第二，水利问题。这部门共有九卷，讲述我国传统的水利经验和泰西水利法，旨在说明水利与农业的关系。徐光启在水利方面注意的重点，又放在太湖流域和黄河流域中下游及京津一带。他继续了前人开垦和兴建水利的经验，提出“凡地得水皆可佃”的看法，驳倒了自宋代以来认为“黄河非人力可为”的守旧论调。指出既然苏、松等江南六府兴修水利后，财赋收入可当天下之半，那么全国其他地域兴修水利，都可以像江南的苏、松六府那样富足。凭据中国的政治、经济、军事形势，他提出要开发北方，特别是在京津临近地域兴水利屯兵垦荒，这很有战略眼光。
第三，农林牧副渔的生产技术与经验。书中搜集了前人积累的科学技术知识，吸收了西方传教士介绍的西方科学，整理分析了自己视察和科学试验所得的质料，并使之融为一体。徐光启认为，农业生产技术是实现其农政思想的技术保证。在农业生产技术方面，徐光启很是重视致力于谋求高产、优质的农作物，特别是水稻、棉花和甘薯的推广，以解决粮食和衣着原料的供应。
第四，荒政问题。篇幅占全书的1/3。它分析了蝗旱等灾荒，评述了历代王朝荒政的得失，辑录了周定王的《救荒本草》，并论述了自己的荒政思想体系和内容，主要有三部门：1.预防灾害的发生，消弥灾害于萌发之前。不能消除灾荒，则应防患于未然。减轻灾情。2.“宽民力，祛民害”，则是从政策方面兴利除弊，制止或减轻自然因素造成的灾荒，如廉政、轻徭、薄役，不许扰民。3.在救灾时，要考究实施方案与细则，做法上考虑缜密完备，不烦琐，不遗漏，考究效率与实际效益，尤其注意防止救灾中枉法徇私，从中舞弊，损灾民以肥己等。徐光启还列举了认为在荒年可以用来果腹的野生植物，共有414种。通常他亲口尝过的，都注明“亲自尝过”，这种勇于献身的探索精神，是令人钦佩的。《农政全书》是徐光启恒久实践和视察研究的结晶，他认识到，农业是衣食之源，国家茂盛之本，因而险些用毕生精力钻研农业科学。他数十年如一日，考古论今，广谘博询，见人就请教，每到一个地方就视察，还边问边作条记。一事一物，肯定要问个水落石出方肯罢休。他不耻下问，确实做到了以农村为课堂，以老农为教师。陈子龙赞扬徐光启是“躬执耒耜之器，亲尝草木之味，随时收罗，兼之会见，缀而成书”。《农政全书》被认为是我国古代篇幅最大的农业科学史中最完备的一部农业科学巨著，曾在国内外广泛流传。