祖冲之在刘徽取得的成就基础上，经过长期孜孜不倦的艰苦研究、反复运算，出色地完成了这项艰苦卓绝的工程，他计算出圆周率在3.1415926和3.1415927之间，在世界数学史上第一次把圆周率推算精确到小数点后七位。直到一千年后，这项记录才由一位名叫阿尔?卡西的阿拉伯数学家打破，他计算到小数点后的十六位。
祖冲之还得出了圆周率分数的近似值，即约率为22/7，密率为355/133，其中355/133取六位小数为3.141929，它是分子分母在1000以内最接近圆周率的分数。一千多年后，欧洲的两位科学家才得出与祖冲之相同的结果。由于这一密率值是世界上第一次提出，因此有些外国科学家主张称它为“祖率”。
在天文历法方面，祖冲之根据自己长期观察的结果，制定了一部新的历法“大明历”，用这种历法测定的每一回归年（也就是两年冬至点之间的时间）的天数，和测定月亮环行一周的天数，跟现代科学测定的差距精确到只能用秒来计算，大大提高了历法的精确程度，开辟了历法史的新纪元。
公元462年，祖冲之请求宋孝武帝颁布新历，大臣戴法兴等人认为历法是古人制定的，后人是不能够改动的。骂祖冲之改古历为新历是离经叛道的行为。祖冲之并未被权贵与谩骂所吓倒，他勇敢地进行了辩论。这场争论整整持续了两年。使用《大明历》推算元嘉十三年到大明三年中的四次月食时的太阳位置完全相符，而用戴法兴的主张推算，竟然差了十度。但是直到公元510年，也就是祖冲之死了十年之后，在祖冲之的儿子的再三请求下，《大明历》才得以正式颁行。
此外，祖冲之还在机械制造方面取得了相当的成就，他重造了已失传的指南车，研制出利用水力舂米、磨面的“水碓磨”，还制造了日行百里的“千里船”。
祖冲之在数学、天文学方面，为世界科学文化作出了伟大贡献。因此，为了纪念他，外国科学家把月球上的一座环形山，命名为“祖冲之山”。