בין 1725 ל־1728 בנו ג'ון ואחיו ג'יימס, נגר מוכשר בזכות עצמו, לפחות שלושה שעוני מטוטלת מדויקים, גם הם בעלי מנגנונים עשויים אלון וליגנום ויטה ונתונים בתיבה גבוהה. באותה תקופה פיתח הריסון את המטוטלת הדו־מתכתית (gridiron pendulum), שהייתה בנויה משני מוטות, האחד מפליז והשני מברזל. המוטות הורכבו באופן כזה, ששיעורי ההתפשטות וההתכווצות השונים שלהם ביטלו אחד את השני, כך שדיוקו של השעון נשמר גם בתנאי טמפרטורה משתנים. שעוני מטוטלת עדינים אלה נחשבים על ידי אחדים למדויקים ביותר בעולם בזמנם, והם במידה רבה החולייה המקשרת הישירה עם שעוניו הימיים של הריסון. שעון מס' 1, הנמצא כיום בידי אספן פרטי, היה לפנים ב"מוזיאון הזמן" בניו יורק, עד סגירתו בשנת 2000 ומכירת כל אוספיו במכירה פומבית ב־2004. שעון מס' 2 נמצא ב"אוספי המוזיאונים והגלריות" של לידס, מערב יורקשייר. שעון מס' 3 נמצא באוסף "האגודה הנכבדה של בוני שעונים" בלונדון.
ועדת קו האורך.
את מקומה המדויק של נקודה על פני כדור הארץ (ביבשה או בים) מציינים על פי קו האורך וקו הרוחב העוברים דרכה. קו האורך מציין את מיקומה של הנקודה מערבית או מזרחית למרידיאן ראשי שרירותי אך מוסכם, למשל המרידיאן העובר דרך גריניץ', והוא מבוטא במעלות. השאלה, כיצד לחשב במדויק את קו האורך הגאוגרפי של אונייה העושה דרכה בים, או נוחתת במקום לא מוכר אותו היא מבקשת למפות כדי לשוב אליו בעתיד, העסיקה את הספנים והנווטים מאות בשנים. היא קיבלה משנה חשיבות בתקופת התגליות הגאוגרפיות הגדולות, אז גם התרחב הסחר הימי הטרנס-אוקייני. דרך אחת לחישוב קו האורך הגאוגרפי היא באמצעות תצפיות אסטרונומיות אחר תנועת גרמי השמיים. שיטה אחרת, קלה יותר, מתבססת על ידיעת השעה המדויקת בנקודת מוצא נתונה מוסכמת (למשל גריניץ'); ההפרש בין הזמן המקומי, שניתן למדוד אותו בקלות, לבין הזמן בנקודת המוצא, מבטא את ההבדל במעלות אורך בין נקודת המוצא לבין מיקומה של האונייה באותו רגע. הסיבה לכך היא, שכדור הארץ משלים סיבוב אחד סביב צירו פעם ביממה, ולכן 24 שעות שוות ל־360 מעלות אורך, כך שכל שעה שווה ל־15 מעלות. לכך נחוץ שעון מדויק, כזה שלא יושפע מטלטולי האונייה ומשינויי לחות וטמפרטורה קיצוניים. הראשון שהגה את רעיון השימוש בשעון מדויק לחישוב האורך הגאוגרפי היה המתמטיקאי והקרטוגרף ההולנדי גמה פריסיוס ב־1553.
טביעת הצי האנגלי ליד איי סילי (1707) (באסון קיפחו חייהם מעל 1,400 איש, כנראה בגלל טעות בחישוב האורך הגאוגרפי) כמו גם החשיבות הגוברת והולכת של הסחר הימי הטרנס־אוקייני, הביאו את הפרלמנט הבריטי לחוקק ב־1714 את "חוק קו האורך" ולהקים את "ועדת קו האורך". החוק הציע פרס כספי עצום למי שימציא שיטה יעילה, מעשית ושימושית לחישוב קו האורך.
בונה השעונים האנגלי הנרי סאלי, שעשה את רוב שנותיו בצרפת, המציא שעון ימי לקביעת קו האורך, והציג אותו ב־1716 בפני האקדמיה הצרפתית למדעים. הוא הוסיף ובנה עוד שני דגמים של אותו שעון מטוטלת מתוחכם, אלא ששעוניו הראו קריאה מדויקת רק במזג אוויר נאה, מאחר שהיו תלויים בתנועתה היציבה של המטוטלת. הריסון, שכבר קנה לו פרסום בשעוניו המדויקים, גמר אומר בלבו לבנות כרונומטר ימי ולהתחרות על פרס ועדת קו האורך.
שלושת הכרונומטרים הימיים הראשונים.
ב־1730 הכין הריסון הצעה ושרטוטים של כרונומטר ימי שיתחרה על פרס ועדת קו האורך, ויצא ללונדון להשיג עזרה כספית. הוא הציג את רעיונותיו בפני אדמונד הֵיילי, האסטרונום המלכותי, שהפנה אותו אל ג'ורג' גְּרֵייהֶם, בונה השעונים הראשון במעלה באנגליה באותה עת. אין ספק כי גרייהם התרשם לטובה מהריסון, שכן הוא הילווה לו מכיסו כסף למימון הבנייה של השעון הימי שהוצג בפניו.
בניית שעון מספר 1 (H1) ארכה חמש שנים. הייתה זו ההצעה הראשונה שהוגשה לוועדה ונמצאה ראויה לבדיקה בים. ב־1736 הפליג הריסון עם שעונו לליסבון באה"מ "סנטוריון" ושב לאנגליה באה"מ "אורפורד". הוא זכה לשבחים על המכשיר מפי הקפטן של "אורפורד" והחובל הראשי שלה. רב החובל אף ציין שעל פי חישוביו נמצאה האונייה 60 מייל מזרחית מן המקום אליו הגיעו, בעוד הריסון חישב אותו במדויק בעזרת הכרונומטר שבנה.
חברי הוועדה התרשמו מן הכרונומטר, ועל אף שלא הייתה זו הפלגה טרנס אטלנטית, הוחלט להעניק להריסון 500 ליש"ט להמשך פיתוח המצאתו. הוא החל בבניית כרונומטר שני, קומפקטי ועמיד יותר מקודמו. ב-1741, לאחר שלוש שנות עבודה עליו וניסויו ביבשה, היה כרונומטר מס' 2 מוכן. לא ניתן היה לבודקו בים, כי בריטניה נמצאה אז במלחמת הירושה האוסטרית עם ספרד, ואיש לא רצה להסתכן בנפילת השעון יקר הערך לידי האויב. בכל מקרה, הריסון הפסיק לפתע את עבודתו על השעון לאחר שגילה פגם רציני ברעיון המַתְנֵד בעל מוטות איזון (bar balances) במקום המטוטלת הרגילה.
בזמן ההמתנה לסיומה של המלחמה העניקה הוועדה להריסון 500 ליש"ט נוספות, בהן השתמש לבניית כרונומטר שלישי, H3. שבע־עשרה שנות עבודה השקיע הריסון באותו "שעון ימי" שלישי, אך חרף כל מאמציו לא עמד הכרונומטר בציפיותיו. למרות זאת, לא הייתה זו ברכה לבטלה. תוך כדי עבודתו על שעון זה הוריש הריסון לעולם שתי המצאות יקרות־ערך: התקן הדו-מתכת והמיסב הגלילי שגליליו נתונים בתוך כלוב.
שעוני קו האורך.
לאחר מכן הציע הריסון לבנות שני דגמים חדשים, כרונומטר מס' 4 וכרונומטר מס' 5. כרונומטר מס' 4 הוא שעתיד להיות גולת הכותרת של השעונים שבנה. כל הדגמים שבנה קודם לכן היו מכשירים כבדים, שצריך היה לתלותם מקורת הסיפון באנייה, וכולם תוכננו לעמוד בטלטולים ובנדנודים של הסערות העזות ביותר. כרונומטר מס' 4 הוא מכשיר כליל יופי על שום שצורתו כשל שעון-כיס גדול.
בניית כרונומטר מס' 4 נמשכה שלוש-עשרה שנים. הריסון, שהיה אז כבר בן 68, שלח אותו ב-1761 לניסוי בהפלגה טרנס-אטלנטית בהשגחת בנו, ויליאם. כאשר הגיעה האנייה לג'מייקה, נמצא ששגיאתו שני מילין בלבד. מששבה האנייה לאנגליה ציפה הריסון לפרס בסך 20,000 לירות; אך ועדת קו האורך סרבה להאמין, כי דיוק הכרונומטר לא היה עניין של מזל בלבד ודרשה לערוך ניסוי נוסף. זעמם של הריסון ובנו גאה והם תבעו בתוקף את הפרס. בסופו של דבר נדון העניין בפרלמנט, אשר הציע להעניק להריסון 5,000 לירות בלבד. הריסון סרב, וכדי ליישב את המחלוקת הציע לערוך הפלגה נוספת, הפעם אל נמל ברידג'טאון, באי ברבדוס שבקבוצת האיים הקאריביים.
תוך כדי השתלשלות אירועים אלה פותחה שיטה אחרת למציאת קו האורך בים, שיטת המרחקים הלונאריים (Lunar Distances), והגיעה לשלב בו הייתה מוכנה לניסוי. הירח נע במהירות מספיק גדולה, כמעט 15 מעלות ביממה, כך שאפשר למדוד בקלות את תנועתו מיום אחד למשנהו. על ידי השוואת הזווית בין הירח והשמש ביום עריכת המדידה בים לבין הזווית שנמדדה ביום היציאה מן הנמל (או כפי שהיה מקובל יותר מעל גריניץ'), ניתן היה לחשב את 'המיקום האמיתי' של הירח. אחר כך חושב קו האורך על ידי השוואה בין 'המיקום האמיתי' עם זווית הירח מעל האופק.
אל הפלגת הניסוי השנייה של כרונומטר מס' 4 נתבקש להצטרף הכומר נוויל מסקליין (Nevil Maskelyne), כדי לבדוק את שיטת המרחקים הלונאריים. כרונומטר מס' 4 הוכיח פעם נוספת את מידת דיוקו המדהימה, כשמדד את מרחקה של האנייה מברידג'טאון בשגיאה של 10 מילין. מדידותיו של מסקליין גם הן היו טובות למדי, כדי שגיאה של 30 מילין, אך השימוש בשיטתו היה כרוך בעמל רב ובחישובים רבים. תוצאות הניסוי של כרונומטר מס' 4 הוצגו בפגישת הוועדה ב-1765, ושוב סירבו חבריה להאמין כי לא היה זה רק עניין של מזל. פעם נוספת הגיע העניין לפרלמנט, אשר הציע להעניק להריסון 10,000 לירות לאלתר, ואת המחצית השנייה של הפרס לאחר שימסור את תוכניותיו לשם בניית העתקים נוספים של הכרונומטר על ידי בוני שעונים אחרים. בינתיים הוחלט להעביר את הכרונומטר לידיו של האסטרונום המלכותי לבדיקה ממושכת ביבשה.
איתרע מזלו של הריסון, ונוויל מסקליין התמנה עם שובו מברבדוס לאסטרונום המלכותי, אשר מתוקף תפקידו עמד גם בראש ועדת קו האורך. מסקליין הגיש דוח שלילי על כרונומטר מס' 4, כשעיקר טענותיו כי 'גודל השגיאה' של השעון, היינו כמה זמן הוא מאחר או מפגר ביממה, נובע למעשה מחוסר דיוק. הוא גם סירב להוספת מקדם שגיאה בעת חישוב קו האורך. על אף שהוכיח עצמו כבר פעמיים הלכה למעשה, לא עמד אפוא כרונומטר מס' 4 בדרישות הוועדה.
הבדיקות נמשכו, כרונומטר מס' 4 נשלח להפלגה סביב העולם (ואפילו לאוקיינוס הארקטי), ותוך כדי כך החל הריסון לבנות את כרונומטר מס' 5. שלוש שנים אחר כך נגדשה סאת מרוריו, הוא חש מנוצל והחליט לבקש את עזרת המלך ג'ורג' השלישי. הוא ביקש וקיבל פגישה עם המלך, אשר נמלא כעס רב לשמע הדברים. המלך ג'ורג' בדק בעצמו בארמונו את כרונומטר מס' 5, ולאחר שפיגר רק ארבע וחצי שניות בעשרה ימים, התפרץ בזעם באומרו: "חי שמיים, הריסון, אני רואה שצדקת!". הוא הורה להריסון לתבוע מן הפרלמנט את מלוא הפרס, לאחר שאיים להופיע אישית בפניו ולנזוף בו. כך, ב-1773, קיבל הריסון את הפרס בסופו של דבר.
ג'יימס קוק השתמש באחד מן ההעתקים של כרונומטר מס' 4 בהפלגותיו, אך משום שמחיר הכרונומטרים היה כה גבוה, הוסיפה שיטת המרחקים הלונאריים להיות בשימוש נרחב למשך מאה השנים הבאות.
מורשת והנצחה.
הריסון נפטר ב-24 במרץ 1776 (בגיל 83). הוא נקבר בבית הקברות של כנסיית סנט ג'והן שבהמפסטד, הממלכה המאוחדת, לצד אשתו השנייה אליזבט ובנם ויליאם. קברו שופץ בשנת 1879 על ידי איגוד השענים של לונדון, על אף שמעולם לא היה חבר באיגוד זה.