伽利略被驱逐出比萨大学，回到了佛罗伦萨的家中。他面临艰难的困境：失去了教授职位的他已无任何经济收入；积劳成疾的父亲文森西奥已离开了人世；两个妹妹佛琴和丽薇即将出嫁，都需要置办嫁妆；小弟米盖整天四处游玩，毫无责任心，还强迫伽利略支付一笔学习音乐的费用；年老的母亲裘丽娅也要由他赡养。
沉重的家庭负担压得伽利略简直喘不过气来。他在困境面前，咬紧牙关，四处寻找赚钱的活计。佛罗伦萨的人们知道他曾在大学担任过教授，就请他做孩子的家庭教师。伽利略只得凭着这微薄的收入勉强维持家庭的开支。
几个月后，伽利略听人说帕图亚大学需要一位教数学的教授，他连忙给那所大学的校长写了几封信，申请聘任，尔后又给好友盖保图侯爵写信，请求帮助。
侯爵非常热情，邀请伽利略到彼萨罗去一起商议此事。
伽利略决定卖掉父亲的店铺，他只拿了够去彼萨罗的路费，其余的留给了家人。
他和侯爵见面后，倾心交谈，十分投机。侯爵在威尼斯和帕图亚有不少好朋友，就写了封详细介绍伽利略学识和科学成就的推荐信，让伽利略带给自己的朋友们，以便他们帮助年轻有为的伽利略。1592年，28岁的伽利略来到渴慕的帕多瓦大学。校长和一些知名的教授对伽利略在比萨大学的出色教学和科学成就早有耳闻，很快就聘请他为数学、科学和天文学的教授，年薪是比萨大学的3倍！
帕多瓦大学位于意大利著名的水上城市威尼斯附近。当时，威尼斯自称为共和国，是意大利众多邦国中经济、文化较发达的一个，富庶强盛，威尼斯人不怕罗马教会，公民的自由权和学术的自由权受到保护。虽然威尼斯境内公民都是天主教徒，但除了例行的宗教事务外，他们对教会的干预丝毫不予理睬，罗马教廷的权威在这里处于苍白、无力的状态。而在帕多瓦大学里，学术活动更为自由。校方委任一个教授，只指定他讲授某门课程，至于他教这门课的时候，讲些什么内容，从不予以限定，也不过问。所以，一些进步和科学的思想很快就传播到来自欧洲许多国家的数百名学生的头脑中。在这里，教授是不会受到教会的束缚的，可谓学者的乐园。
伽利略尽情地呼吸着帕多瓦大学里学术自由的空气，心情十分愉快，这是他多年梦寐以求的呀。
很快，伽利略的课受到了学生们的称赞，一些教授也认定他是个非凡的人才，乐意与他交流、谈论许多有关数学、科学方面的问题。他拥有了人数众多的老少朋友。听过伽利略课的学生说：“从伽利略那里学习三个月，所得到的知识要比跟其他人学习许多年所得到的还要多。”学生们都愿意听伽利略对数学、科学和天文学的新见解，以及他谈论这些科目时所给予他们的启发。
伽利略在业余时间进行家教工作，以便多挣些钱寄给佛罗伦萨的家人，同时通过与学生的学习研讨，探索一些学术上的问题。不少学生甚至和他同住，伽利略非常喜欢这些奋发上进的学生。他虽然不曾到过意大利以外的国家去，但他却利用这种机会同来自法国、英国、德国、瑞典的青年学生们建立深厚的友谊，伽利略从这些外国学生那里，了解了外国的大学、政策、社会风俗等方面的情况，更加开阔了自己的知识视野。
帕多瓦大学以其医学院闻名于全欧洲，很多著名的医生们曾在这里学习过。大学里的教授们常把尸体解剖成许多块，进行研究。他们不仅研究人的四肢和内脏，而且还研究血液。医学教授们对伽利略很钦佩，经常向他请教一些问题。伽利略十分乐意帮助他们，并向他们提出一些有关改进医疗技术方面的建议。
伽利略看到一些人患病时体温很高，而病愈后体温又降了下来，于是他向担任医学教授的朋友问道：“每个人生病的时候，他的血液温度比原来升高。怎么才能测量出人体内血液的热度呢？若能测出人体血液热度升降变化，医生在诊治时不就可以更好地对症下药吗？”
“作为医生不可能做到这一点，”他的朋友辩解着说，“现在，我们可以用不同的仪器测量不同的东西，如用时钟测量时间，用尺子测量大小和长短；还能称重量，人们可以测出罐内的水量，但却测不出罐内水的热度，因为没有这种仪器，同样，人的血液热度变化也是测量不出来的。伽利略，你能帮助我们解决这个医学难题吗？”
朋友将了伽利略一军。
“我心里也早有了这个想法，如果实验成功，问题是可以解决的。”伽利略慨然允诺。
他和他的学生进行了多次的实验，终于发明了一种用途广泛的仪器——空气温度计。这种仪器比较简单，用一根长玻璃管，一头开口，另一头加热吹大，作成球形。在玻璃管内灌进带颜色的水，将它倒着放在一盆水里，开口的一头在水里，管里留一些空气。在操作时，给玻璃球加热，球内空气变热膨胀，体积增大，将管中的水排出一些到盆里。球内的空气越热，排出的水量越多。当不加热时，球内空气变冷，体积缩小，管中出现空间，盆中的水就返回玻璃管中来填充空间。
伽利略在玻璃管上刻上标尺，用来测量水的高度，通过测量水的高度，就可以测出使玻璃球内空气变热的物体的温度。
温度计问世后，运用到医疗中，效果非常明显。后人又经过不断改进，已经被运用到更广泛的领域之中。
对伽利略来说，科学离开实验是难以想象的。别人在接受一个科学家的理论观点时通常不提什么疑问，而伽利略却要求证明。他认为，假如一个科学家所阐述的理论是符合事实的，那么不管任何人，只要运用同样的材料，同样的方法，就可以得出同样的结论。后来的科学发展过程证明，伽利略的这个观点是十分正确的科学方法。
帕多瓦大学有许多来自欧洲各国贵族家庭的学生。他们十分崇拜伽利略的博学，请他讲授“筑城学”，这实质上是门军事科学。当时，各个公爵贵族之间，时常发生战争，因此，这些将来要继承爵位的贵族学生们都想很好地掌握军事科学。
关于“筑城学”伽利略知道得很少，可他并不想推脱，因为他的头脑不愿意在某些知识方面存在着空白，越是他不懂的东西，他越是要下决心学会它，他敢于接受挑战。
在研读和讲授“筑城学”中，他运用了数学和实验力学方面的知识，教给学生怎样用数学知识来测量力，如何计算武器的力，怎样才能精确地设计防御工事以及怎样算出炮弹发射的路线，等等。一下子，伽利略成为“筑城学”方面的知名专家，许多公、侯爵纷纷登门求教，使他名声大振。
伽利略在讲授“筑城学”时做了很多力学方面的实验，从中他发现一个问题：以往人们认为在没有外力作用的情况下，一个运动着的物体必然要逐渐减速，并最终停下来。而在实验中则表明，物体停下来的原因是由于受到阻力（如摩擦力）的作用。伽利略用一种假想的实验，认为如果逐渐减少阻力，那么物体能运动的距离将会越来越远；假如没有阻力，物体将会保持匀速，无限地运动下去。他的假想是一种巧妙的实验方式，导致了一个重大发现，即惯性定律。后来，著名科学家牛顿进一步重新验证了这个物理学上的重要原理，对物理学理论的发展产生了重要的意义。
在帕多瓦大学任教期间，伽利略有一次去威尼斯旅游，结识了美丽而单纯的姑娘玛丽娜，他被玛丽娜的开朗性格和轻松愉快的谈吐所吸引，坠入爱河，并很快结了婚，两个人生活得很美满。
更多的时间，伽利略还在进行他的一个个科学实验。他制作了一个比例仪，可以用来放大地图，既精确又简便。现在绘图用的函数尺，就是在当年伽利略设计的基础上，稍加改进后制成的。
1600年来到了，伽利略在帕多瓦大学的任期即将结束，校方鉴于他的出色教学业绩和惊人的实验成果，决定继续聘请他，并增加了他的薪金。而伽利略的心中却十分思念着故乡佛罗伦萨和家中的亲人们。毕竟，那里是他的根啊，于是伽利略给佛罗伦萨的费迪南德写信，希望将来能给柯西莫王子当数学课和科学课的家庭教师（实际上就是以前里奇担任的宫廷教师）。
这时，一个令人吃惊的消息从罗马传来，伟大的科学家、哲学家布鲁诺因为支持哥白尼的“天体运动”学说，被罗马宗教裁判所秘密地处以火刑！伽利略的心中非常悲愤，他非常佩服布鲁诺为宣传真理而宁死不屈的精神。虽然，侧重实验的伽利略对哥白尼的理论还不能完全接受和承认，但早在1595年，他偶然发现借助哥白尼假设的地球的两种圆运动可以从力学上解释潮汐，从而使他对哥白尼的新天文学说发生了浓厚的兴趣，并基本承认了哥白尼理论上的科学性，并决心运用实验来进一步证实，正想与哥白尼的支持者布鲁诺会晤商讨一些问题。然而，残忍的宗教势力夺去了正值英年的布鲁诺。
从布鲁诺的悲惨遭遇中，伽利略感悟到，新天文学说，若要得到世人的公认，仅凭四处宣讲和演说是不行的，还必须要有确凿无误的实验依据！
一种沉重的、神圣的责任感涌上了这位年已36岁的科学斗士的心头。研究新天文学说成为他实验中的重要课题。
1605年，斐迪南德公爵来信邀请伽利略给他15岁的王子柯西莫作短暂的暑期功课补习。柯西莫严谨聪慧，对伽利略很尊重，两人成为很知心的朋友。
渐渐地，伽利略萌生了将这些年做实验而获得结果写成书的愿望，以使更多的人能够了解和认识自己的科学新发现。可是，他觉得自己是被帕多瓦大学聘来做教授的，主要的任务就是讲课，拿了报酬，就必须履行自己的职责，不可能用全部时间来进行实验和写书。
要是不在大学教书就好了，伽利略心想。他一边教学，一边等待着。
1609年2月，斐迪南德公爵去世了，柯西莫成为佛罗伦萨的统治者。伽利略认为时机已到，他给柯西莫写信，请求担任宫廷数学家。
正在伽利略等待委任消息时，德国著名的年轻天文学家开普勒写出一本书《新天文学》，伽利略想法弄到了一本，兴趣十足地阅读了它。
开普勒在书中根据观察，大胆地为哥白尼的学说辩护。伽利略看完开普勒的这本书后，对哥白尼的假设很有同感，立即给他写信表达了自己的看法，如果世界是前进的，科学知识也必然向前发展。
开普勒很快就给伽利略回信，在信中写道：“模型已经灌铸，书已写成，现代的人去读也好，后裔子孙去读也好，我都不会介意。即使100年后才有人读这本书，也算不了什么。真理终究有一天会得到世人的承认。”
“啊，真是个勇敢的年轻人！”伽利略读完开普勒的信发出由衷的赞叹，他感到彼此之间有一种心灵上的默契。他们都有很大的勇气来抗拒当时权势浩大的宗教学者的迫害和威胁。
开普勒的执著感染了伽利略，他开始对哥白尼的理论进行实验论证。他又开始像童年时那样，仰望夜晚星空，寻觅着，思考着。
不久，伽利略听朋友说，荷兰的眼镜商将两片凸凹镜片叠在一起，制成了一个能放大3倍的放大筒。
伽利略用心琢磨着，很快便明白了其中的道理，他精选材料，悉心制作，一个能望远30倍的放大筒作成了，伽利略将其称为望远镜。
1609年8月下旬的一天，晴朗的天空没有一丝云彩，伽利略拿着望远镜站在威尼斯的钟楼上向海上眺望。他的身边围了一群好奇的人们。“天边正有几只船向我们的城市驶来。”伽利略突然说道。人们睁大眼睛也往海面上观看，结果什么也没有发现。“伽利略，你有千里眼吗，我们怎么看不见呢？”人们很纳闷。“请你们用这个望远镜看一看吧。”伽利略微笑着将望远镜交给身边的人们传递观看。“啊，果真如此，伽利略，你这个魔镜真神奇！”人们交口称誉。
威尼斯公爵知道了这件事，就让伽利略将望远镜带进宫中。公爵操作一番后，真是爱不释手。伽利略索性将它献给了公爵。惊喜万分的公爵立即下令聘请伽利略为帕多瓦大学的终身教授，年薪5000镑！
伽利略制作望远镜并不是出于好奇，而是想通过望远镜观测天空，得到更多的观察数据，论证哥白尼的学说的科学性。
1610年初的一个晴朗夜晚，月光皎洁，伽利略用自己又作成的一个放大30倍的望远镜观察月亮。他惊奇地发现月亮的上面竟然山峦起伏，沟壑纵横。尔后，他又把望远镜转到了木星，发现木星也同地球一样，有月亮似的卫星，而且有四个之多。他强压内心的兴奋，把望远镜转向了银河，啊，这哪里是河呀，而是数也数不清的星座！
伽利略欣喜无比，禁不住大声喊着：“哥白尼，伟大！布鲁诺，伟大！群星在动，地球在动，而太阳也在动，天上原来并没有托勒密所说的什么‘天’啊！”
伽利略在帕多瓦大学的校园里呐喊着，宣传着他的惊人发现。
他对星空的伟大发现顿时轰动了威尼斯城。
他的发现，推翻了当时教会学者们关于一切天体都是地球仆人，只有在地球周围，才有天体环绕的谬论，为哥白尼的“日心说”提供了有力的证据。
随后，伽利略把自己的一系列发现写成了一本名为《星球的使者》的书，在威尼斯出版。这本书在欧洲各国广为流传，给他带来了极高的声誉，人们称他是“天空的哥伦布”；赞扬说：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。”
伽利略的盛名惊动了佛罗伦萨的柯西莫公爵。他立即写信邀请伽利略返回故乡佛罗伦萨，并授予伽利略“宫廷哲学家”和“宫廷首席数学家”的头衔。
伽利略于是离开了任教18年之久的帕多瓦大学，在这里，他度过了自己科学生涯的黄金阶段，为其后来的科学研究奠定了坚实的基础。这里，自由的学术空气为他实现了璀璨的人生飞跃。
1610年，伽利略回到了佛罗伦萨，在柯西莫公爵的宫中任职，继续从事科学研究工作。
1613年，伽利略根据自己观察的结果，发表了《论太阳黑子的信札》。在这篇文章中，他鲜明地指出太阳和地球都在旋转，地球不仅围绕太阳旋转，而且还在绕自己的轴线自转。这个观点进一步论证了哥白尼“日心说”的正确和托勒密“地心说”的错误。
这个观点无疑是哥白尼理论的“翻版”，从而使尊崇圣哲亚里士多德的保守派学者和教会统治者极为恐慌和恼怒。罗马教廷多次来信“请”伽利略去答辩。1615年底，伽利略来到罗马。柯西莫公爵多方保护伽利略，并写信给他在罗马教廷的有权威的朋友，请他们保护伽利略。
双方展开了第一次大论战。伽利略谈锋犀利，旗帜鲜明地拥护哥白尼的观点，在无可争辩的事实与真理面前，罗马教廷的权威们哑口无言。
罗马教皇保罗五世恼羞成怒，决定采用专制手段，他命令红衣主教团强迫伽利略放弃自己的观点，不然就给予监禁的处罚。罗马教廷还于1616年3月15日宣布哥白尼的天文学理论损害了天主教教义，禁止出版，如有违背者，宗教裁判所将予以严惩。
伽利略心中怒火万丈，迫于罗马教廷的淫威，在后来几年里，不得不保持缄默。
52岁的他，正处于精力旺盛期，却被迫“退休”，成了“闲人”。
1621年，柯西莫大公爵逝世，伽利略失去了好友和保护人，他感到更加孤立了，他的心却是永远的年轻，思维还是那么敏捷。他从没有在内心中放弃自己的观点和信念。
1623年，伽利略的老朋友、红衣主教马太·巴尔贝里尼被选为罗马教皇，称乌尔班八世。
“乌尔班是我多年的朋友，他是很愿意听新见解的人。或许他能解除罗马教会对我的禁令。”伽利略满怀希望地想。
伽利略有本名叫《实验》的书，并在书的扉页印上这样一行字：谨以此书献给我们教会的伟大领袖乌尔班八世。
这位教皇很愉快地接受了这本书。但他也明确地写信告诉伽利略：“我无法解除对你的禁令，更无法将哥白尼的名字从教会的黑名单上除去。其中的理由，你是明白的。但我希望你继续做实验，因为实验的价值是非常巨大的。”
倔强的伽利略对教皇的“好意”十分失望，他再次沉默了。他埋头做实验，观测星空，一干就是几年。
1628年，他开始动笔写一部《关于两种世界体系的对话》的著作。他写得很慢，对书中涉及的事实格外慎重。他在这部书中解释了托勒密的学说，也阐明了哥白尼的学说，还巧妙地阐明了自己支持哥白尼学说的证据。这部书是伽利略在长期观察和研究天体运动的基础上而写出的他生平最有代表性的伟大著作。
1630年，伽利略完成了这部巨著，送交罗马教廷审查，要求出版。由于伽利略的声望和他与教皇的特殊关系，所以这部著作虽然经过长达两年的审查，但终于在1632年1月在佛罗伦萨出版了。
这部书一出版，立即像一股旋风，几个月内便横扫了整个意大利。人们争相购买着，传阅着，议论着。哥白尼的“日心说”在人们的心中又复活了。人们被书中那几个活灵活现的人物和精辟的哲理性对话所吸引，书中的新思想成为人们愿意接受并津津乐道的话题。
罗马教廷当然也在研究这部书。教皇乌尔班八世刚读时，深为老友的哲学思辨之精湛所叹服。然而红衣主教贝拉尔明却认为书中宣扬的是哥白尼理论的胜利，并影射教皇无能。他屡次向教皇进谗言，陷害伽利略，教皇终于被他说动了心，就命令宗教裁判所，立即传讯伽利略到罗马来。
几天后，年已66岁高龄的伽利略身戴枷锁从千里之外的佛罗伦萨被押到了罗马。此时，伽利略重病缠身，朝不保夕。
宗教裁判所的主教们声嘶力竭地声讨着伽利略的“罪行”。
伽利略咬紧牙关，支撑着病体，顽强地应战。他抖动着满脸银须，大声反驳道：“科学发展到今天，我从望远镜里已经发现很多新证据，只不过如实写出来供大家讨论，而你们却不允许。一个科学家怎么能够违背那些无可争辩的事实呢？你们这是制造异端！”
接下来又是一场又一场的马拉松式的辩论，仍毫无结果。
年迈的伽利略饱受了身心的摧残和折磨，精疲力竭，死去活来，最后被迫在已经为他写好的悔过书上签了字。当他从跪着的地方站起来时，他眼含委屈的泪水，嘴里喃喃地坚持说：“地球仍在转动！”
宗教裁判所判处伽利略监禁，先在罗马，后因伽利略体弱多病，由他的一些有声望的朋友们保释回佛罗伦萨的家中“思过”。
遭受了如此沉重的打击之后，伽利略仍然没有停止他的科学研究工作。
晚年的伽利略处于极端困难的境地：妻子玛丽娜虽然为他生了两个女儿和一个儿子，但早在1609年，他们就分手了，儿子也被她带走了。伽利略最钟爱的大女儿（1616年她进入圣芳济会女修道院做修女）不幸于1634年4月2日死去。痛失爱女，使伽利略一度陷入痛不欲生的境地。
然而，饱经劫难的伽利略终于挺住了。他不顾身患多种疾病，顽强地进行研究和写作。1636年，72岁的伽利略完成了他的另一部伟大的著作《关于两门新科学（力学和弹性学）的讨论和数学证明》，在这部书中，伽利略科学地阐明了速度和加速度等概念；阐述了力的合成定律以及关于摆的研究、自由落体运动，等等，比较全面而系统地总结了他一生对物理学，尤其是力学方面的研究成果。
1638年，这部书出版付印时，伽利略已是双目失明。这部书在荷兰出版后反响很大。
伽利略对自己这部书的评价是：“我认为它是我一切著作中最有价值的，因为它是我极端痛苦的果实。”
1642的1月8日，伽利略在佛罗伦萨的家中病逝，终年78岁。临终前，他反复地说着这样一句话：追求科学需要特殊的勇气！
一代科学巨人伽利略为他所处的那个世纪增添了绚丽的光彩。
伽利略对于欧洲近代自然科学的创立作出了极其重要的贡献。他是动力学的奠基者，他的一系列发现为力学的发展开拓了令人望不到头的道路。他终身为科学真理而斗争，他不顾教会反动势力的围剿，通过仔细的测量分析，得到大量科学新发现，从而否定了亚里士多德、托勒密的错误观点和学说，为哥白尼的学说提供了有力的证据，动摇了教会的最高权威，推动了唯物论思想的发展，成为“近代科学之父”。
伽利略对真理的执著，为科学界开创出一个新境界，刺激和带动了人类对自然科学的探讨。
伽利略为后人留下了20部宝贵的科学论著，为后人确立了科学的方法论。
伽利略为发现和宣布真理苦苦地追求了一生，他是不朽的。就连教皇乌尔班八世也不得不对伽利略表示钦佩：“只要木星的光芒在天空中闪耀，地球人就永远不会忘记伽利略。”
好奇、多思、实验、敢于探觅及拼搏，是伽利略成才的关键，在他的科学生涯中，每前进一步，都离不开这些因素，这，也是他，一个天才科学大师成功的奥秘。
沧海横流，方显得英雄本色。1979年11月10日，罗马教皇正式宣布：1633年罗马教皇乌尔班八世和宗教裁判所对伽利略的教廷审判是不公正的，并公开赞扬伽利略敢于追求真理的奋斗精神。1980年10月教皇提出重新审理伽利略案件，最后为伽利略平反正名。历时300余年的伽利略的冤案终于得到昭雪。
历史证明，科学的真理是永恒的，最终必将战胜愚昧和强权。
