在解释天文现象上，浑天说似乎更高一筹，得到很多的拥护者。
张衡在《浑仪注》里阐述了浑天说的主要思想：天是一个球壳，天包着地，像蛋壳包着蛋黄。天外是气体，天内有水，地漂在水上。全天为360¼度，其一半盖在地上，一半环于地下，所以二十八宿恒星只能看到其中的一半。南极和北极整整相差半个圆周。天的旋转正像滚动的车轮，没有停止的迹象。
分析浑天家制造的浑仪和浑象，有助于读者了解浑天说在解释天象方面的能力。如图22，与极轴垂直的圆有五个。靠近北极的圆叫恒显圈，凡在圈内的恒星，全年总在地面以上。靠近南极的圆叫恒隐圈，圈内的恒星总在地面以下，全年都看不到。位于中间的圆代表天赤道。太阳在春分和秋分时，沿天赤道运动，出于正东方的E点，没于正西方的F点，而且白天和黑夜所走的距离相等。天赤道以北，是太阳在夏至日所走的轨道，早晨出于东北方的A点，傍晚没于西北方的B点，白天所行路程明显多于夜晚。不仅如此，浑仪还可以定量地表示出与真实天象完全相符的数据。
图22 浑天说解释图
盖天说能够演示的天象，浑天说同样能够演示。盖天说不能演示的天象，浑天说也可以。看来，浑天说在表现天体视运动方面是无懈可击的。然而，古人很难接受地是漂浮不稳的和日、月、星辰夜晚会浸泡在水里的假设，以致浑天说和盖天说之争相持了很长一段时间，直到唐朝。
这里不能不谈到，在盖天说定量化的过程中，曾运用了两个几何定理和一项假说，推出一系列结论的。两个几何定理是：(1)相似三角形的对应边成等比关系。(2)直角三角形的勾股弦定理。一个假设是：在南北两地用八尺表同时测量影长，相距1000里，影长应差一寸。问题正是出在这条假设上。然而不但盖天家们相信它，就连浑天家张衡、葛洪、祖暅等也把它当成公理，作推论的依据。
唐开元十二年(公元724年)，一行和南宫说等人在河南的滑县、浚仪(今开封)、扶沟和上蔡等地同时测量影长，发现滑县距离上蔡526.9里，而影长却差2.1寸，完全否定了“日影千里差一寸”的假设。
这次著名的论证以后，浑天说便为绝大部分的人所信服，成为中国古代正统的宇宙学说。