Bốn cánh quân do Dương Cảo thống lĩnh hầu như bị tiêu diệt tại Sác Xuy khiến toàn thể bá quan văn võ triều Minh chấn động. Tất cả tề tựu ngoài cửa cung, kêu xin Minh Thần Tông chiêu mộ quân, tăng quân phí để chống lại triều Kim. Từ Quang Khải, 1 quan chức trong Hàn Lâm Viện liên tục dâng lên 3 bản tấu chương, trình bày kế sách giữ nước. ông cho rằng muốn cứu vãn đất nước thì cần tuyển chọn nhân tài, huấn luyện tân binh và xin tình nguyện đảm nhận việc huấn luyện binh đó. Minh Thần Tông nghe nói Từ Quang Khải hiểu biết việc quân, liền cử ông tới Thông Châu luyện binh. Từ Quang Khải là người Thượng Hải. Trước khi ông ra đời, vùng này bị nụy khấu quấy nhiễu cướp phá nặng nề. khi ông còn nhỏ, đã nghe cha kể lại chuyện nhân dân anh dũng đánh lại giặc như thế nào, nên đã sớm nảy sinh lòng yêu nước. Khi trưởng thành, Từ Quang Khải học tập và đi thi, dọc đường qua Nam Kinh, nghe nói ở đó có 1 giáo sĩ truyền giáo từ phương tây tới, tên là Li Ma Tâu, thường truyền bá các tri thức khoa học phương tây. Giới trí thức ở Nam Kinh thích nói chuyện với giáo sĩ. Từ Quang Khải nhờ người khác giới thiệu, làm quen với giáo sĩ này. Ông nghe những điều giảng giải, cảm thấy đó là những tri thức chưa từng được nói tới trong sách cổ. Từ đó về sau, ông có hứng thú sâu sắc với khoa học phương tây.

Vị giáo sĩ phương tây truyền bá kiến thức khoa học nhằm mục đích mở đường cho việc truyền giáo. Ông ta thấy muốn mở rộng việc truyền giáo thì phải được sự ủng hộ của hoàng đế. Lúc đó, triều Minh không cho các giáo sĩ tới truyền giáo ở Bắc Kinh. Ông ta muốn nhờ 1 đại thần tâu xin giúp với Minh Thần Tông, đồng thời còn tìm cách chạy chọt qua 1 hoạn quan là Mã Đường, gửi dâng Minh Thần Tông 1 cuốn kinh thánh, 1 tấm hình Đức Bà và mấy chiếc đồng hồ kiểu mới có thể tự động đánh chuông theo giờ. Minh Thần Tông không hiểu kinh thánh, cũng không biết Đức Bà là ai, nhưng lại rất thích mấy chiếc đồng hồ kiểu mới. Hoàng đế liền hạ lệnh cho Mã Đường dẫn vị giáo sĩ phương tây vào bệ kiến. Trong buổi tiếp, Minh Thần Tông hỏi kỹ về phong tục tập quán phương tây. Li Ma Tâu vốn là người Italia, nhưng để lòe bịp khoe khoang, ông ta tự xưng mình là người nước "Đại Tây Dương". Đại thần trong triều mở bản đồ ra tra cứu, không thấy nước Đại Tây Dương ở đâu, cho rằng ông ta có lai lịch bất minh, nên tâu xin Minh Thần Tông đuổi đi. Nhưng Minh Thần Tông không nghe theo, lại thưởng cho vị giáo sĩ nọ tặng phẩm và tiền bạc, cho phép ông ta lưu lại Bắc Kinh truyền giáo. Nhờ sự cho phép của hoàng đế, quan hệ của giáo sĩ với các quan trong triều trở nên dễ dàng hơn. Mấy năm sau, Từ Quang Khải thi đỗ tiến sĩ, cũng về Bắc Kinh nhận chức tại viện Hàn Lâm. Ông cho rằng học tập khoa học phương tây là việc có ích cho sự cường thịnh của quốc gia, liền quyết tâm nhận Li Ma Tâu làm thầy, học ở vị giáo sĩ này các kiến thức về thiên văn, toán học, đo lường và phương pháp chế tạo vũ khí. Một hôm, Từ Quang Khải đến thăm vị giáo sĩ, qua trò chuyện, được biết ở phương tây có 1 cuốn sách toán học do nhà toán học cổ đại Hy Lạp Ơclit viết ra, có tên "Cơ sở hình học". Đáng tiếc, việc dịch sang tiếng Hán rất khó, ngoài khả năng của vị giáo sĩ đó. Từ Quang Khải nói: "Cuốn sách hay như thế, tiên sinh vui lòng giảng giải, thì dù có khó thế nào, tôi cũng sẽ cố gắng phiên dịch".

Từ đó, chiều chiều, sau khi rời khỏi Viện Hàn Lâm, Từ Quang Khải lại tới nhà vị giáo sĩ, cùng hợp tác với ông để dịch cuốn "Cơ sở hình học". Giáo sĩ dùng lời lẽ, cử chỉ và hình vẽ để trình bày vấn đề. Từ Quang Khải lĩnh hội và viết thành Hán văn. Thời đó, chưa từng có ai dịch thuật trước tác toán học nước ngoài, nên muốn truyền đạt lại nguyên tác cho thật chuẩn xác, thật không đơn giản. Từ Quang Khải bỏ ra hơn 1 năm, cân nhắc từng câu từng chữ, viết đi sửa lại, cuối cùng đã hoàn thành việc phiên dịch 6 quyển đầu của "Cơ sở hình học". Ngoài cuốn "Cơ sở hình học", Từ Quang Khải còn hợp tác với Li Ma Tâu và 1 giáo sĩ khác phiên dịch 1 số trước tác về đo lường và thủy lợi. Sau đó, ông lại dựa trên cơ sở nghiên cứu lịch pháp cổ đại Trung Quốc, hấp thụ những tri thức khoa học mới nhất của Châu Âu về lịch pháp và thiên văn, tiến hành công tác nghiên cứu đạt tới trình độ khá cao. Từ Quang Khải không những ham thích khoa học, mà còn rất quan tâm tới nỗi khổ của dân chúng. Năm cha ông mất, ông về Thượng Hải chịu tang. Mùa hè năm đó, miền Giang Nam gặp thủy tai lớn, nước làm ngập hết ruộng lúa nước và cánh đồng lúa mạch. Sau khi nước rút, đồng ruộng xơ xác không thu hoạch được gì. Từ Quang Khải rất lo lắng. Ông nghĩ, nếu không trồng bổ sung 1 số hoa màu thì tới mùa xuân nạn đói sẽ lan tràn. Vừa may lúc đó, 1 người bạn ở Phúc Kiến có mang tới 1 số mầm khoai lang. Từ Quang Khải trồng thử, thấy khoai mọc rất nhanh. Sau đó, ông viết 1 cuốn sách nhỏ phổ biến rộng rãi cách trồng khoai lang. Vì vậy, khoai lang vốn chỉ được trồng ở Phúc Kiến, đã được di thực khắp vùng Giang-Triết.

Lần này, Từ Quang Khải đề xuất chủ trương luyện binh, được Minh Thần Tông phê duyệt nên tràn đầy hy vọng, mong nhanh chóng xây dựng được 1 đội quân mới, tăng cường lực lượng quốc phòng. Ngờ đâu, bộ máy hành chính thối nát, làm cản trở mọi việc. Cơ quan luyện binh thành lập đã 1 tháng, Từ Quang Khải xin người không được người, xin tiền cũng chẳng có tiền, không tiến hành được việc gì. Sau đó, ông chạy vạy vất vả xin được 1 ít tiền, vội đến Thông Châu kiểm tra số người đã chiêu tập. Trong 7000 tân binh, đại đa số đều là già yếu, thương tật; chỉ có 2000 người tạm đủ tiêu chuẩn, nếu tuyển lựa kỹ thì chẳng được bao nhiêu. Ông hết sức thất vọng, liền xin từ chức.

Năm 1620, Minh Thần Tông chết, con là Minh Quang Tông Chu Thường Lạc vừa nối ngôi cũng chết luôn. Cháu Thần Tông là Chu Do Hiệu kế vị. Đó là Minh Hy Tông. Từ Quang Khải trở lại kinh thành. Ông thấy Hậu kim càng ngày càng uy hiếp nghiêm trọng, liền ra sức tâu xin triều đình cho chế tạo nhiều pháo lớn theo kiểu phương tây. Vì chuyện này, ông va chạm với Binh bộ thượng thư và bị chèn ép bật khỏi triều đình. Từ Quang Khải trở về Thượng Hải, đã là 1 ông già ngoại 60. Ông vốn rất có hứng thú về nghiên cứu nông nghiệp, nên về tới quê nhà, lại tự tham gia lao động, tiến hành 1 số thí nghiệm. Sau đó, ông tập hợp thành quả nghiên cứu của mình, viết nên tác phẩm "Nông chính toàn thư". Trong tác phẩm này, ông đã ghi chép tỉ mỉ về nông cụ, thổ nhưỡng, thủy lợi, bón phân, chọn giống, chết ghép cây. Vì vậy, tác phẩm "Nông chính toàn thư" của ông đáng được coi là 1 cuốn bách khoa toàn thư về nông nghiệp thời cổ của Trung Quốc.