21年调职公车司马令，126年复任太史令。任职太史令期间，他制作了浑天仪与地动仪。张衡掌领太史令先后达14年之久，这个职位相当于现在中国科学院国家天文台的台长。张衡长期掌管历史记载和历法，没有升官，被同僚所笑。他写下《答难》来表明心志，不慕官位。他又曾上疏痛陈事弊，提出必须禁止大臣奢侈和僭越的主张。133年雒阳大地震，张衡借此上谏，批评宦官越权，主张大权归还天子。同年张衡迁任侍中。因受当权宦官排斥，136年外调河间相。在河间政绩良好，138年他升迁尚书，次年过世，享年61岁他的传世着作有文集11卷，《灵宪》