在解釋天文現象上，渾天說似乎更高一籌，得到很多的擁護者。
張衡在《渾儀注》里闡述了渾天說的主要思想：天是一個球殼，天包著地，像蛋殼包著蛋黃。天外是氣體，天內有水，地漂在水上。全天為360¼度，其一半蓋在地上，一半環於地下，所以二十八宿恆星只能看到其中的一半。南極和北極整整相差半個圓周。天的旋轉正像滾動的車輪，沒有停止的跡象。
分析渾天家製造的渾儀和渾象，有助於讀者了解渾天說在解釋天象方面的能力。如圖22，與極軸垂直的圓有五個。靠近北極的圓叫恆顯圈，凡在圈內的恆星，全年總在地面以上。靠近南極的圓叫恆隱圈，圈內的恆星總在地面以下，全年都看不到。位於中間的圓代表天赤道。太陽在春分和秋分時，沿天赤道運動，出於正東方的E點，沒於正西方的F點，而且白天和黑夜所走的距離相等。天赤道以北，是太陽在夏至日所走的軌道，早晨出於東北方的A點，傍晚沒於西北方的B點，白天所行路程明顯多於夜晚。不僅如此，渾儀還可以定量地表示出與真實天象完全相符的數據。
蓋天說能夠演示的天象，渾天說同樣能夠演示。蓋天說不能演示的天象，渾天說也可以。看來，渾天說在表現天體視運動方面是無懈可擊的。然而，古人很難接受地是漂浮不穩的和日、月、星辰夜晚會浸泡在水裡的假設，以致渾天說和蓋天說之爭相持了很長一段時間，直到唐朝。
這裡不能不談到，在蓋天說定量化的過程中，曾運用了兩個幾何定理和一項假說，推出一系列結論的。兩個幾何定理是：(1)相似三角形的對應邊成等比關係。(2)直角三角形的勾股弦定理。一個假設是：在南北兩地用八尺表同時測量影長，相距1000里，影長應差一寸。問題正是出在這條假設上。然而不但蓋天家們相信它，就連渾天家張衡、葛洪、祖暅等也把它當成公理，作推論的依據。
唐開元十二年(公元724年)，一行和南宮說等人在河南的滑縣、浚儀(今開封)、扶溝和上蔡等地同時測量影長，發現滑縣距離上蔡526.9里，而影長卻差2.1寸，完全否定了「日影千里差一寸」的假設。
這次著名的論證以後，渾天說便為絕大部分的人所信服，成為中國古代正統的宇宙學說。