از اين پس هيچ‌گاه چراغ علم نزد آنان خاموش نشد و مسلمانان هرگز از طلب علم باز نايستادند. آن‌گاه خواجه دومين مرحله از مبارزه‌اش را با دشمنان اسلام آغاز كرد. خواجه ديد اگرچه ايجاد مدارس متفرقه توجه هلاكو خان را جلب نكرد و هلاكو خان به اهميت آنها پى نبرد، اما ايجاد و تأسيس يك دانشگاه بزرگ و گردآورى دانشمندان و پر نمودن كتابخانه آن از كتاب، مطمئنا حساسيت هلاكو خان را بر خواهد انگيخت. بنابراين چگونه بايد عمل مى‌كرد؟

اين‌جاست كه هنرمندى و استادى خواجه آشكار مى‌شود. او مى‌دانست كه هلاكو خان او را براى هدف معيّنى نگاه داشته است. لذا تلاش كرد او را راضى كند به دليل اين‌كه بتواند به كارش ادامه دهد و از استعدادهاى خداداديش بهره بردارى كند، بايستى رصدخانه بزرگى بسازد. هلاكو خان با ايجاد چنين رصدخانه‌اى موافقت كرد و به او اختيار داد مستقيما وارد عمل شود. خواجه موافقت هلاكو خان با اين پيشنهاد را تنها در خواب مى‌ديد، كه اينك روزگار، آن را به حقيقت تبديل كرده بود. با اين موافقت خاطر خواجه از آينده آسوده شد و چيزى جز برنامه‌ريزى صحيح و فراهم كردن زمينه‌هاى دقيق براى رسيدن به هدف اصلى، فكر او را مشغول نكرد.[1]

پس خواجه نصير الدين طوسى امر رصدخانه را نزد هلاكو خان، بزرگ جلوه‌

(1)- «روندلدس» مستشرق غربى مى‌گويد: سپس خواجه در مراغه به هلاكو خان پيشنهاد مى‌كند كه: يك رهبر فاتح نبايستى تنها به تخريب، راضى و خشنود باشد.

رهبر مغولها مراد خواجه را فهميد. لذا كار ساختن رصدخانه‌اى بزرگ در تپه‌اى در شمال مراغه را به او محول كرد. اين كار در طى دوازده سال به اتمام رسيد.

خواجه در خلال اين كار مقدمات زيج ايلخانى را كه بعد از مرگ هلاكو خان به اتمام رسيد فراهم نمود.

با ايجاد اين زيج، خطاى چهل دقيقه‌اى در موقعيت خورشيد كه طبق زيجهاى سابق محاسبه مى‌شد، روشن گرديد. خواجه ضمنا كتابخانه‌اى بزرگ تأسيس كرد و كتابهايى را كه از بغداد غارت شده بود، به كتب آن افزود.