改暦のために在京していた時から、至時の健康状態は勝れず、たびたび激しい咳をしていた。改暦後も、咳は持病であると自ら称していて、体調の悪い日は外出できず、時には10日間臥せっていたこともあった。現在では、このころから至時は結核を患っていたと推定されている。このような状態であったが、改暦を成し遂げた至時の評判はますます高まり、幕府からの信頼も厚くなった。そのため至時は、改暦をつかさどる土御門家とのやりとりや、その他の雑務に追われるようになった。さらに、前述のように、寛政暦は至時にとって満足のゆくものではなかったため、暦学の研究も続けた。享和2年（1802年）に起こった日食では、寛政暦と15分のずれが生じた。このことを至時は残念がり、寛政暦の改良に向けて天体観測にも力を注いだ。病気がちのなか、時には徹夜して研究を続ける至時に対し、間重富は、あなたの身には暦学の興廃がかかっているのだから、病気の時は休養に専念するようにとの手紙を送っている。翌享和3年（1803年）には体調は回復し、全快ともいえる状態になった。
改暦のために江戸に向かった数か月後、至時の元に伊能忠敬が弟子入りを求めて訪れた。至時は19歳年上の忠敬に暦学や天文学を教えた。至時は毎日天体観測に熱を入れる忠敬を「推歩先生」と呼んだ。忠敬は緯度1度に相当する子午線弧長を求めることに興味をもち、それは至時の関心事でもあった（詳細は後述）。忠敬は深川の自宅から浅草の天文台までの距離を歩いて測量しその値をもとに大まかな値を求めたが、至時は、そのような短い距離で求めても意味がないと応じた。そして、正確な値を求めるならば、江戸から蝦夷ぐらいまでの距離が必要だと述べた。この事がきっかけとなり、忠敬の蝦夷測量が行われ、さらにその後の日本全国の測量へとつながった。至時は蝦夷地測量に当たって幕府に許可を得たり、測量中に問題が起こった時には忠敬に助言を与えたりするなど、測量事業を支援した。
寛政7年（1795年）、至時は重富とともに、幕府から、改暦を行うための出府を命じられた。至時は同年4月に江戸へ赴任し、4月28日に測量御用手伝、11月14日に幕府天文方となった。一方で、10月には妻の志勉が29歳で死去した。志勉は下級武士で薄給だった時代の至時を支え、家計をやりくりしながら至時の観測道具代を捻出しており、その良妻ぶりは後の世にも知られるようになる。至時はこの後再婚することはなかった。寛政8年（1796年）に至時は正式に改暦の命を受けた。そして9月に江戸を出て10月からは京都にて観測及び改暦作業に当たった。これは、当時の改暦は京都の土御門家が形式的な責任者となっているため、改暦作業には土御門家の協力と承認が必要だったためである。改暦に当たっての資料としては『暦象考成後編』を活用したが、同書には太陽系の5惑星（水星・金星・火星・木星・土星）の運動についての記述がなかったため、それらについては『暦象考成上下編』を参考にした。また加えて、麻田剛立によって理論づけられた消長法（太陽などの運動が年月を経るごとに少しずつ変化してゆくという説）も採用した。寛政9年（1797年）10月、「暦法新書」8巻が提出され、至時らは改暦作業を終えた。この新暦は寛政暦と名付けられ、寛政10年（1798年）より施行された。寛政暦は実質的に至時と重富の2人が中心となって作った暦であるが、2人は天文方となってから日が浅かったため、他の天文方、あるいは土御門家や陰陽頭らとの見解と折り合いをつけなければならず、至時らの理論が十分に生かされなかった部分もあった。
晩年は肺気腫と前立腺癌を患いながらもテレビドラマや映画を中心に仕事を続けていたが、2007年3月27日に呼吸不全のため東京都内の病院で死去した。80歳だった。遺作は映画『舞妓Haaaan!!!』での西陣の会長・斉藤老人役となった。葬儀は植木の意思で身内だけの密葬として執り行われ、クレージーキャッツの一員だった谷啓、犬塚弘、桜井センリや、植木の付き人を経てコメディアンになった小松政夫も参列した。臨終の際、小松は植木の着物を着替えさせるなど、付き人として最後の仕事を務めた。本葬は、お別れの会という形で4月27日に東京都港区の青山葬儀所で「植木等さん 夢をありがとう さよならの会」として執り行われ、2,000人が参列した。葬儀委員長は谷、犬塚、桜井の3人が共同で務め、弔辞は小松、加藤茶、すぎやまこういち、松任谷由実、元内閣総理大臣・森喜朗らが読み上げた。また、渡辺貞夫がサックスを演奏し、ミッキー・カーチスと内田裕也は弔辞の後、松任谷を交えて祭壇の前で『スーダラ節』を即興で歌った。他には浜美枝、伊東四朗、水前寺清子、仲本工事、大山のぶ代、中山秀征、吉田栄作、ケーシー高峰、大竹まこと、大橋巨泉、清水アキラ、付き人だった島崎俊郎などが参列した。2007年5月14日には母校・東洋大学主催の「植木等さんとお別れする会」が行われ、総長・塩川正十郎を始めとする300名の学校関係者が参列して植木を偲んだ。墓所は小平霊園、法名は「宝楽院釋等照」。植木の最後の愛車であった日産・シーマFY33型は、所ジョージが遺族から譲り受け、「世田谷ベース」にて保管されている。所はドラマ『オヨビでない奴!』では親子役で共演するなど親交が深く、植木のことを「お父さん」と呼び慕っていた。