贞观年间天文学家李淳风制造出一台浑天黄道仪，这是一台很复杂的浑仪。这台仪器有三重环组，即六合仪、三辰仪和四游仪，李淳风的创造主要为其中的三辰仪。为了更好地测算太阳和月亮的运动，仪器上安装了黄道环与白道环。而增加两个圆环，就要解决仪器上的黄道与天空黄道在观测时刻的平行问题，要解决岁差改变黄道与赤道的交点问题，还要解决黄道与白道的相对位置和黄白交点移动的问题等等，所以这是一台大大复杂化了的仪器。浑天黄道仪于贞观七年（633）制成并为世所称赞，后将该仪置放在皇宫内的凝晖阁。
开元十一年（723），一行为改历实测天象，与梁令瓒研制了新的天文仪器，叫做黄道游仪。顾名思义，这是一台黄道环能在赤道环内游动的仪器。其基本原理与李淳风的浑天黄道仪相同，不同的是，赤道环上每隔一度有一孔，用以固定黄道环，使黄道环能模仿古人所理解的岁差现象，不断沿赤道退行。一行用黄道游仪作了许多观测工作，为修订大衍历、推算交食等提供了大量准确的数据。通过这台仪器对二十八宿天体位置测量的结果，还发现了恒星位置与古代测量值不相同。这种现象反映了岁差对测定天体位置的影响。
一行还和梁令瓒合作制造了一台水运浑天俯视图。据《旧唐书·天文志》所载，它的主体是一个缀有星象、赤道和刻度的铜球，铜球有轴可以转动，球外设置两个圆环，是为黄道与白道，环上分别有太阳与月球，日月可与铜球同时运行。该仪装在木柜中，并以木柜为地平，仪器半在地下，其运转以水为动力“注水激轮，令其自转，一日一夜，天转一周”。这台仪器除表演天象外还能报时，地平之上立有二木人，每刻自动击鼓，每辰自动撞钟，从而使这台仪器成为具有钟表和表演给定时刻的星象及日月位置功能的多功能综合天文仪器。水运浑天俯视图展现了盛唐时期天文仪器的风貌与特点，北宋苏颂、韩公廉等正是在此基础上加以改进和创新，创制出举世闻名的水运仪象台。
