光阴荏苒，意大利的留学时光已过七载，求学生涯不得不终止，舅舅殷切的期许与教会长久的经济投入都使得哥白尼必须返回故土，报效他的家族与祖国。1506年，哥白尼带着法学博士的学位回到了波兰。

哥白尼回国后担任了大主教舅舅的秘书和医生，舅舅为他提供了灵活的工作时间以及工作上的便利，让他能够继续从事天文学的研究。舅舅去世后，哥白尼来到弗龙堡神甫会担任全职的神职人员，从此他需要独当一面地应对更为繁琐的工作。

弗龙堡教堂是一座哥特式的尖顶教堂，它的周围被高大的城墙环绕，墙上有箭楼，是古人为抵抗敌人入侵而建的。后来箭楼交给神甫管理，哥白尼便将箭楼改造成天文观测台。此后他一生中的大部分时间都在这个狭小的空间度过，直到离世。

除了工作和休息，哥白尼都在这座箭楼上孜孜不倦地观测星空。那时精密的仪器还没有被发明出来，他仅凭借一些手工制成的粗糙的工具进行观察。出乎意料的是，他用裸眼观测到的结果非常精确。通过计算，他了解到地球绕着自己的轴心转一周是一天，绕着太阳转一周是一年。

日积月累，哥白尼的研究成果越来越多，他的理论也逐渐成形。他发表了一篇名为《关于天体运行假说》的文章，正式提出了自己的观点：地球不是宇宙的中心，它只是一颗普通的行星，和其他行星一样绕着太阳公转；并且，地球自转不息，从而造成了天体的东升西落等等。这一理论被后世称为日心说。

哥白尼的日心说横空出世，在学界惊起千层浪，他本人如冉冉升起的新星受到世界瞩目。他的思想迅速传遍整个欧洲，很快得到了一批忠实的拥趸，但同时也受到了保守人士的激烈批判。好在哥白尼一开始就开宗明义地说了这只是一种“假说”，因此免于教会的处罚。

尽管哥白尼宣称这只是一个假说，但实际上，这就是他深信不疑的真理。在此后的30多年中，他一直在撰写那部引发天文学界革命的作品《天体运行论》。这部伟大的作品宛如灿烂星辰划过中世纪最后的暗夜，让科学的光芒驱散黑暗，照亮宇宙。