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西晋帝国的统一如同昙花一现，之后的中国陷入长期分裂的东晋南北朝时期。尽管政治动荡，但中华文明依旧顽强地行进着，并取得了新的辉煌。祖冲之在这一时期的贡献尤其为人所瞩目。
祖冲之出生在一个学术世家，祖上数代人对天文、历法和算学都有很高的造诣。在家庭的熏陶下，祖冲之从小就对天文数学领域产生了浓厚的兴趣，多年的勤学实践，终于使他成为中国古代伟大的数学家和天文学家。
祖冲之像
祖冲之在数学上最突出的成就，是关于圆周率的计算。秦汉以前，人们以“径一周三”作为圆周率，这就是“古率”。后来发现古率误差太大，圆周率应是“圆径一而周三有余”，不过究竟余多少，意见不一。直到三国时期，刘徽提出了计算圆周率的科学方法——“割圆术”，用圆内接正多边形的周长来逼近圆周长。刘徽计算到圆内接正一百九十二边形，求得π=3.14，并指出，内接正多边形的边数越多，所求得的π值越精确。祖冲之在前人的基础上，为了求出最精密的圆周率，对九位数进行包括加减乘除及开方等运算130次以上。这样艰巨复杂的计算，在当时，既没有电子计算机，也没有算盘，只靠一些被称做“算筹”的小竹棍，摆成纵横不同的形状，用来表示各种数目，然后进行计算，这不仅需要掌握纯熟的理论和技巧，而且更需要踏踏实实、一丝不苟的严谨态度。祖冲之不惜付出艰巨的劳动代价，才能取得杰出的成就。祖冲之为了求出最精确的圆周率数值，逐次以圆内接正六边形、十二边形、二十四边形、四十八边形、九十六边形等的周长当做圆周长，计算与直径的比值，一直割圆到24576边形，这样边已经和圆周紧贴在一起，而不能再割了，于是他算出：12288边形各边总长为3.14159251丈，24576边形各边总长为3.14159261丈。祖冲之经过艰苦的计算，终于得出较精确的圆周率如直径为1，圆周率大于3.1415926，小于3.1415927。这个结论，用现代数字符号写出，就是：3.1415926＜π＜3.1415927。功夫不负苦心人，祖冲之求出的圆周率，精确到小数点后七位，这在当时，全世界上只有他一人。祖冲之为世界数学史和文明史做出的这一伟大贡献，是中华民族的骄傲！直到15世纪后，阿拉伯数学家才突破了这一精度，而历史已经行进了一千多年。为了纪念祖冲之的杰出贡献，有些外国数学史家建议把π叫做“祖率”。
中国古代计算球体体积的立体模型
这是中国古代数学家用来演示和计算球体体积的立体模型，具有形象直观、便于理解的特点。
祖冲之还与他的儿子祖暅（也是中国著名的数学家）一起，用巧妙的方法解决了球体体积的计算。他们当时采用的一条原理是：“幂势既同，则积不容异”。意即，位于两平行平面之间的两个立体，被任一平行于这两平面的平面所截，如果两个截面的面积恒相等，则这两个立体的体积相等。这一原理，在西方被称为卡瓦列利原理，但这是在祖氏以后1000多年才由卡氏发现的。为了纪念祖氏父子发现这一原理的重大贡献，科学界也称这一原理为“祖暅原理”。
在天文学上，祖冲之的主要贡献是他33岁时制定的《大明历》。首先，他把前人发现并测定的“岁差”现象纳入历法编制中；其次，他制定了每391年设144个闰月的更为准确的置闰周期；再次，他推算出回归年长度为365.2428148日，与现代天文学所测结果，一年中仅有六十万分之一的误差，即46秒。在古代仪器和设备十分简陋的情况下，祖冲之经过长期的实际观测，推算出一个交点月的日数为27.21223日，和现在所测得的一交点月的日数仅差不到二百七十万分之一，在1500多年前，能得出这样精确的结果实在惊人。《大明历》开辟了历法史的新纪元。
刘徽首先肯定圆内接正多边形的面积小于圆面积，并指出：随着边数越多，圆内接正多边形面积就越大，越接近于圆面积。他首先从圆内接正六边形开始算起，使边数逐渐倍增。根据直角三角形的性质来计算周长，设内接正n边形的一边长AB=a, C点平分弧AB，内接正2n边形的一边AC=a 2n ，则正2n边形的面积S 2n 与正n边形的面积S n 之差为S 2n -S n ，即图中的阴影部分，从而建立起不等式S 2n ＜S＜S 2n +（S 2n -S n ），其中S为圆面积。利用这个不等式，当内接正多边形边不断倍增时，（S 2n -S n ）的值越小，因而S 2n 就越接近圆面积S。当刘徽把正多边形倍增为192边时，得到的圆周率π=3.14，后来人们称此为徽率。
割圆术示意图
此外，祖冲之在机械制造方面也颇有建树，曾制造了铜铸指南车、利用水力舂米磨面的水碓磨、能日行百里的“千里船”和计时仪器漏壶、欹器等。
为了纪念祖冲之的功绩，人们将月球背面的一环形山命名为“祖冲之环形山”，将小行星1888命名为“祖冲之小行星”。在浩瀚的星空中，祖冲之的名字与日月同在，流传万世。