安帝建光元年(121年)，張衡轉(zhuǎn)為公車司馬令，這是衛(wèi)尉的屬官，實際地位比太史令高。但5年之后，即順帝永建元年(126年)又轉(zhuǎn)為太史令。這當(dāng)然是官運不亨、失志的表現(xiàn)，所以當(dāng)時人都認(rèn)為這“非進取之勢也”。
張衡模仿東方朔《答客難》作《應(yīng)間》表達自己對此事的看法，他在文中反復(fù)申述了兩點：一是“天爵高懸，得之在命”，“求之無益，故智者偭而不思”，認(rèn)為應(yīng)該持“得之不休，不獲不吝，不見是而不惛，居下位而不憂”的達觀態(tài)度，使自己不至于被現(xiàn)實的重壓所擊倒。二是在仕途不暢、命運不達的情況下也不能自暴自棄而自沉，而要“奉順敦篤，守以忠信”。他在《應(yīng)閑》一文中曾說：“一個人不應(yīng)擔(dān)心自己地位不高，而應(yīng)該擔(dān)心自己道德是否高尚；不應(yīng)當(dāng)為收入菲薄而害羞，而應(yīng)當(dāng)為知識不廣博而恥辱。”所以，張衡的學(xué)習(xí)內(nèi)容不受仕途所需的局限，天文、地理、氣象、歷算等無所不學(xué)，尤其愛好文學(xué)。在游學(xué)期間結(jié)識的好友崔瑗曾評價他說：“沒有他不學(xué)的學(xué)問，沒有他不請教的老師，為一物不知以為恥，聽到有教益的話他就非常高興。”
最后，張衡決定“庶前訓(xùn)之可鉆，聊朝隱乎柱史”?！俺[”是張衡在懷才不遇時所提出的一種新的處世策略：進，可以以此為階升官加爵，實現(xiàn)兼濟天下之志；退，可以修身養(yǎng)性，獨善其身；持中可以借職務(wù)之便繼續(xù)實現(xiàn)人生的價值。這是在新的形勢下糅合儒、道兩家人生哲學(xué)的產(chǎn)物，較之退隱自然要優(yōu)越得多。正是有著這樣的仕途波折，也正是抱有這樣堅定的信念，張衡更加孜孜不倦、將勢就勢，利用太史令之職繼續(xù)進行天文學(xué)研究。
東漢時期，我國中原一帶經(jīng)常發(fā)生地震，據(jù)史書記載，從公元92年到139年，京城洛陽等地先后發(fā)生過20次地震，其中6次是破壞性較大的地震。張衡目睹地震后的慘狀，痛心不已，在完成太史令的本職工作之余，他還收集各地的地震情況，記錄各地震情，以便能及時掌握全國各地的地震情況，并立志研制出能夠預(yù)測地震的儀器，解救黎民于水火。經(jīng)過多年的研究和反復(fù)的試驗，張衡終于于陽嘉元年(132年)制成了當(dāng)時世界上第一架觀測和記錄地震的儀器—候風(fēng)地動儀。
據(jù)《后漢書·張衡傳》記載，候風(fēng)地動儀“以精銅鑄成，圓徑八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的圓蓋，儀器的外表刻有篆文以及山、龜、鳥、獸等圖形。儀器的內(nèi)部中央立著一根銅質(zhì)“都柱”，柱旁有八條通道，稱為“八道”，道中安有“牙機”。儀體外部周圍鑄有八條龍，頭朝下，尾朝上，按東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個方向布列。龍頭和內(nèi)部通道中的發(fā)動機關(guān)相連，每個龍頭嘴里都銜有一個銅球。對著龍頭，八個蟾蜍蹲在地上，個個仰頭張嘴，準(zhǔn)備承接銅球。當(dāng)某個地方發(fā)生地震時，地動儀內(nèi)部的“都柱”就發(fā)生傾斜，觸動牙機，使發(fā)生地震方向的龍頭張開嘴，吐出銅球，球落到銅蟾蜍的嘴里，發(fā)出很大的聲響。
地動儀研制出來以后，張衡將其安置在都城洛陽，起初滿朝文武都不相信這臺地動儀能夠測出地震的方向，并對張衡處處詰難非議，直至和順三年準(zhǔn)確測出了隴西約里氏6.5級的地震后，朝野上下才“眾服其妙”。
一些科技史著作聲稱，張衡制造的候風(fēng)地動儀比西方第一臺地震儀(意大利人路吉·帕米里制造于1856年)早了1700多年。但是張衡發(fā)明的候風(fēng)地動儀沒有能夠流傳下來，史書中對它的記錄僅見于西晉范曄所著的《后漢書·張衡傳》中短短的196個字，于是張衡的地動儀成了千古不解的謎團，我們今天看到的地動儀是考古學(xué)家王振鐸多年考證研究后于1951年制作的仿制品。
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