在制定太史令後，他經常有機會跟隨皇帝在全國各地巡視，收集了大量的史料，了解了很多統治集團的情況。他還如饑似渴地閱讀大量朝廷收藏的書籍，收集各種重要史料。就在他寫史記的時候，為李陵求情得罪了漢武帝，被關進了監獄，判了重刑。
李廣我想大家都知道吧。他很厲害，壹生勇猛善戰，愛惜士卒，在民間口碑非常好，但壹時難以封侯。於是有了“李廣難封”的說法。他屈辱地死去。他在壹次征服匈奴中迷失了方向，羞愧地自殺了。壹個軍人不能死在戰場上，真的很可悲。他的兒子李贛是壹個頭腦簡單的窮人。他認為是衛青殺了李光，報復了衛青。結果被衛青的侄子霍去病給槍斃了。
到了孫子李陵那壹代，李陵向漢武帝求情，獨自帶著五千精銳去草原，說要帶單於去見王庭。要知道，草原以騎兵為主，他帶來的5000精銳，都是草莽英雄，功夫高手，但都是步兵！顯然不是壹個級別的，這5000人被8萬匈奴騎兵包圍，幾乎全軍覆沒，只逃回400多人，卻也殺了1000多匈奴兵，死的光榮。但是，最不光彩的是，李陵居然投降了匈奴。這是漢朝的奇恥大辱。
漢武帝氣得只恨自己看著眼睛走了。但司馬遷向漢武帝求情說:“李陵只率領五千步兵，深入匈奴，孤軍奮戰，殺敵眾多，立下大功。在沒有援軍，沒有彈藥和食物，走投無路的情況下，我們仍然奮勇殺敵。就連古代有名的軍人都這麽厲害。
李陵本人雖然失敗了，但是殺了不少匈奴人，足以名滿天下。他之所以沒有死，而是投降了匈奴，壹定是為了找壹個合適的機會報答漢室。"
不料這些話惹怒了漢武帝，以為他在為李陵開脫。大怒之下，他不僅處死了李陵的母親、妻子和兒子。司馬遷也被判了死刑。
擺在司馬遷面前的只有兩個選擇:壹個是死刑，壹個是貪汙(也就是宮刑)。司馬遷想了想，決定選擇後者。不是他怕死，而是他為了夢想寫史記。
司馬遷繼承父親遺誌，完成了“推古之變”的任務，明確表述為“通古今之變，究天人之際”。他的結論在《天書》中有所表述，即根據242年春秋時期的日食、彗星目擊星象，以及皇帝的衰落、五代的興起和戰國時期的社會混亂與動蕩，將秦漢聯系起來進行總結。這是司馬遷應用天文學最重要的例子，在整個星占教育史上占有最高的地位。
司馬遷還總結了戰國以來天文學的基本原理，陳述如下:“我仔細查閱了史書的記載，調查了歷史上的事件，發現在100年裏，五顆星都在逆行。五星逆行的時候，往往會變得特別亮。日月的月食及其由南向北的運動有壹定的速度和周期，這是占星術所依據的最基本的數據。而紫宮星壁，天上的四宮，東西南北的星辰，以及它們的無數星辰，都在同壹位置，大小和相互距離也是恒定的。它們的分布和排列象征著五官在天空中的位置。這是占星術作為‘經典’的基礎，即不變。水、火、金、木、土星是天道的五大輔助元素，它們的出現和隱蔽都有壹定的時間和周期，但運行速度參差不齊。這就是天文學上的‘緯度’，也就是通過紫色變化的部分。把這些固定的和變化的星象結合起來，就可以預測人事的變化。