伽利略在仔细检查了这台机器以后，他实事求是地说明了情况：这台机器根本不符合机械制造原理，所以，根本不能工作。
因为说这台机器不能工作，王子恼羞成怒，把责任全都推到了伽利略身上。他发誓要把伽利略赶出比萨城去。
双喜临门就这样，1591年，伽利略离开了比萨大学。
伽利略离开了比萨大学后，他的生活陷入了困境，他必须尽快地找到一份新的工作以贴补家用。因为这一年，父亲已经去世了，弟弟米开朗基罗还没有能力赡养母亲，两个妹妹也没有做修女的打算。所以，伽利略还得为两个妹妹准备嫁妆，家庭所有的重担全都落在了他一个人的肩上。可是因为王子的原因，他在比萨已很难再找到工作。所以，他不再尝试去找什么工作，而是开始做另外的打算。
伽利略最终决定去威尼斯。因为威尼斯是意大利所有城市中最开明、最自由的一个，所有的学者在这里都可以尽情地讲述自己的观点和想法，而不会有其他力量来限制他的言论和思想自由。其次，在威尼斯的管辖之下，有一个帕多瓦大学，它正好在威尼斯的西部，相距仅32公里。威尼斯的自由学术氛围使得帕多瓦大学的学术气氛也十分自由，这对科研十分地有利。而且，在帕多瓦大学任教的博物学家潘因里，与伽利略的关系十分密切，伽利略还曾经在他家里住过一段时间。潘因里的家还是一个聚会的中心，有许多学者和权贵来这里高谈阔论，这里是一个可以自由沟通的空间。
决心已定，伽利略动身去了威尼斯。
伽利略虽然两手空空地来到了威尼斯，但是他在学术界已经有一定的名气了，虽然他穿着寒酸的衣服，但是人们对这位年轻的学者十分地敬仰，甚至以能听到他的讲演为荣，在各种舞会和音乐会上，主人们纷纷邀请这位年轻人来参加，以示自己的身份。在这些场合里，伽利略不再是敬陪末座的人了。人们围绕着他，听他讲着他的流体力学和他的斜塔表演。
就是在这样的场合中，伽利略第一次见到了玛丽娜·根巴。虽然是第一次见面，但是伽利略却深深地爱上了她。她戴着白色的面纱，这是法律规定的只有贞洁妇女才可以戴的。她的娇美、她的高雅、她的机智己经让人们忘了她的卑微出身。在伽利略的眼里，玛丽娜的一切都是那么完美。
伽利略打听到玛丽娜的住址，于是带着水果和鲜花去拜访她。但是，伽利略这时候还没有工作，所以经济上十分拮据，他常常为自己不能给玛丽娜买一些昂贵的礼物而感到内疚。有一次，他向一个朋友借了一些钱，为玛丽娜买了一副金耳环。玛丽娜把那副耳环戴在耳朵上，当她轻轻晃动她那个可爱的小脑袋的时候，摇曳生姿，美丽极了。
可是，过了一会儿，玛丽娜就把耳环摘了下来然后深情地对伽利略说：
“我知道……我知道，你现在生活不是很宽裕，以后不要再买礼物给我了。我其实并不需要这个。”
伽利略为玛丽娜的善解人意感动着，他虽然不像弟弟那样有音乐天赋，但也仍会给玛丽娜写一些诗，来表达他心中的爱情。玛丽娜陶醉在他的这些诗中，这些对于她来说，其实就已经足够了，她并不需要那些浮华的东西。
就在伽利略收获爱情的时候，又有一个喜讯传来，他被帕多瓦大学聘为数学教授了，而且薪水是比萨大学的3倍。
这样伽利略不但拥有了美丽的玛丽娜的爱情，而且他还有了自己梦寐以求的工作。伽利略和玛丽娜共同庆祝了一番。玛丽娜答应伽利略，等他到了帕多瓦大学，有了房子稳定下来以后，她就会搬过去和他一起居住。可能是由于伽利略对自己的贵族血统的荣誉感吧，他并没有跟玛丽娜提及结婚的事情。
桃李满天下伽利略在帕多瓦大学主要是讲授数学课。这时候的伽利略已经有些名声了，于是，慕名而来的学生也越来越多，随着他的名声越来越大，教室开始不能容纳那些莘莘学子了。
有一天，伽利略又要作一个报告，可是，当他按时来到教室的时候，却发现门口已经被围得水泄不通了，还排着好长的队伍，甚至他想进去都是一件极难的事情。
同学们看到伽利略教授来了于是纷纷闪出一条路来，伽利略站到了讲台上，可是，他看到门口还有许多学生在那进不来。看来，这个小教室想让所有的学生平等地来听他的课己经远远不行了。于是，他提议去花园里上课。
于是伽利略就站在同学们的中间。在和风中，在柔和的阳光下，在所有眼睛的注视下，不知不觉，伽利略的报告结束了。
此时的伽利略已经是3个孩子的父亲了，所以除了讲课以后，伽利略还要为一些私人学生和青年贵族讲课，以此来增加收入。那些贵族青年有许多都会成为未来的军官，因此他们热衷于一些军事方面的东西，于是伽利略为他们讲授军事攻防规则、军事建筑学、测量学等等。
伽利略的学生越来越多了，有许多都是来自法国、瑞典、德国等不同国家的外国学生，真可以说是桃李满天下了。
根据亚里士多德的观点，天空是永远不应该变化的，因为天上的一切都是由完美无暇、不可改变的物质组成的。因为天是上帝创造出来的，星辰的数目是一定的。但天空却出现了一颗特别耀眼的新星，致使帕多瓦城的居民整日惶惶不安。
伽利略和开普勒经过仔细的研究，为了让大家对这颗新星有一个认识，他做了3次演讲，在演讲中，他用明显的事实和精确的计算宣称：“这颗新星是一颗真正的恒星，它不是地球大气中的某种大气现象。这颗新星并不是真正的年轻的‘新星’，其实，它们早就已经存在了，只不过很暗，没有被人类发现而己。”
伽利略的观点并没有为所有的人接受。比如和他共事并曾经是他的好友的帕多瓦大学的教授克雷蒙尼尼。他这次再也不能容忍伽利略的“胡说八道”了，因为这次危及到了亚里士多德的自然哲学的根本。他写了一本小册子与伽利略公开对峙起来。伽利略认为这是关系到自然科学生死存亡的大事，不能顾惜朋友之谊而毁掉真理。于是，伽利略也采用对话的形式写了一本小册子，回敬克雷蒙尼尼。
荣归故里伽利略关于新星的3次演讲，让他的名字再一次为更多的人所知。每次他演讲的时候，教室都会被挤得水泄不通。当然，除了大学生以外，还有社会各界人士，还有许多来帕多瓦访问的名流，都以能够亲耳聆听伽利略的演讲为荣。在从外地来帕多瓦听演讲的学生当中，有一位叫做尼可洛的年轻贵族，他是托斯卡纳王宫御前大臣的儿子。当他听了伽利略的演讲以后，对伽利略崇拜至极，并且为佛罗伦萨出现了这么优秀的学者感到无比骄傲。于是，他在回到佛罗伦萨以后，对他的父亲提起了这件事情。他希望他的父亲能够让伽利略回到佛罗伦萨。
大臣同意了儿子的意见，于是，他找个机会与托斯卡纳大公夫人克丽斯蒂娜说了这件事。克丽斯蒂娜听了大臣的话，决定让大臣给伽利略写信让他回来。
收到御前大臣的信，使伽利略感到有一些意外，但是，这意外很快被信中带来的佛罗伦萨熟悉的气息而取代。
伽利略已经是40岁的人了。离开家乡已经十多年了。这么多年来，生活给了他太多的磨难。父亲生前的债务要他一点一点地还清，两个要出嫁的妹妹要他给准备一份和她们身份相称的嫁妆。还有那个懒惰的、整天游手好闲的弟弟，伽利略要为他支付永远都满足不了的各种费用。还有自己的一大家子，玛丽娜并不是个理财的好手，他们的账目总是出现赤字。还有他自己的一摊工作，他要花时间和精力去备课，去搞研究，去教私人学生，还有……40岁，一个还算得上风华正茂的年纪，可是，伽利略的外貌已经远远地走在了他年纪的前面。而且，伽利略的关节炎很严重，发起病来的时候，常常痛得他不敢走路。
这么多年离家在外，太多的生活琐事占据着他的时间和精力，偶尔想起佛罗伦萨的时候已经像是一个遥远的梦了，远得恍如隔世。现在，突然间收到御前大臣的信，他的思乡之情又重新被呼唤起来了。
人一旦出了名，麻烦事儿也就会随之而来。伽利略已经看到帕多瓦大学里的许多资深的教授眼神当中的那种仇视了。这一方面是因为伽利略取得的这样令世界瞩目的成就令他们嫉妒，另一方面也是因为伽利略取得的这些成就，有一部分是在公开地向亚里士多德挑战。这是他们最不能忍受的一点，要知道，亚里士多德是他们的偶像，是他们一生的信仰，是他们藉以维护他们的尊严和在学生们面前摆出姿态来的根本，可是，这些东西就这样要被伽利略否定了，这是他们忍受不了的。让伽利略感到有些不安的是，这些人的势力还不小，他们这样群起而攻之，对于掌握着真理的少数人来说肯定是一种危机，他们直接威胁了伽利略在帕多瓦大学的职位。
伽利略曾经去了曼托瓦公国，那是意大利北部的一个小公国，他在那里见到了宫查格公爵，他亲自教宫查格公爵学习使用军事测量仪器。当课程结束的时候宫查格公爵给了伽利略一笔超过伽利略年薪的重赏。伽利略至今还记得拿到那笔赏金时候的心情。当时，他决心继续留在曼托瓦公国，这样，他会得到更多的奖赏。可是没多久，伽利略就发现，曼托瓦公国实在太小了，它的实力不够雄厚，所以他们能够给予伽利略的赏金肯定也是有限的，只有留在一个有经济实力的大公国里，伽利略才能长期地被支付这种很高的报酬。如果能在托斯卡纳宫廷里谋到一个位置，那么伽利略就会有比较优厚的待遇，而且他可以不必再演讲了，也不必再有那么多的私人学生，他就可以有更多的时间去研究和发现新的问题。
经过深思熟虑，伽利略决定给克丽斯蒂娜大公夫人写封回信，告诉她自己愿意随时听从夫人的调遣。
伽利略于是回到了佛罗伦萨，家乡的一切都令他感到了熟悉和亲切。他觉得佛罗伦萨比往日号称“百合花城”的时代更加美丽了，伽利略在这里受到了宫廷官员们的热情接待。
在佛罗伦萨，伽利略是一位贵宾，人们对他推崇备至，人们如众星捧月一般把他举到了一个高高在上的位置。
但那些王公大臣和夫人小姐们，他们分明对科学一窍不通，却在那儿有板有眼地对伽利略的研究大加称赞，开始的时候，伽利略还挺高兴，可是，渐渐地，他感到厌烦了。应接不暇的应酬；奢华的晚宴；逻辑不通的议论；肉麻的吹捧……每想至此，伽利略都不禁打冷颤。
伽利略想起他不久前和威尼斯学监的对话。学监对伽利略说：“也许，这里不能像王侯那样支付您那么多的钱，可是这里有作为科学研究极需要的自由的氛围，这一点您可不能抛在脑后啊。您知道的，有许多新教徒在我们学校里听课，我们非但没有把他们哄出去，而且我们授予他们博士学位。伽利略先生，还有一点您是清楚的，有人向我们证明克雷蒙尼尼发表了违反宗教原则的见解，可是，我们没有把他送上宗教法庭，而且，还批准给他增加薪水，甚至荷兰人都知道，威尼斯共和国的宗教法庭是没有多少权力的。伽利略先生，您作为一个天文学家，这样的宽松环境对您的学科发展是很重要的，您说是不是呢？”
伽利略嘲讽地对学监说：“你们的自由程度和薪水是成正比的，你们把支付极低的薪水作为不把人送上宗教法庭的条件。”
学监听了伽利略的话，显然他有些生气了。他愤怒地说：“伽利略先生，您这话说得太不负责任了，太不公平了。请您想想看，如果让一个不学无术、胸无点墨的修道士来随意干涉您的研究工作，那么，您在这项工作中，投入再多的时间，投入再多的精力又有什么用处呢？请您伸出耳朵听一听在有些地方，科学在奴役下的痛苦呻吟吧！而在威尼斯无论您的思想有多么大胆、有多么离经叛道，我们都会给您一份发展的空间，我们都会抱着欢迎的态度来对待它。在这里，没有人给你压力，没有人可以阻止你沿着自己的路走下去。您的工作不会受到一丝一毫的干预！难道，对于一个用生命去寻找真理的人来说，那点儿薪水更重要吗？”
“自己为什么要回到佛罗伦萨来呢？难道仅仅因为这里是自己的家乡吗？难道是故土就非得回来不可吗？回来以后，工作将如何继续呢？学监的话说得太有道理了，威尼斯的学术气氛是佛罗伦萨比拟不了的，在那里，可以自由自在地工作而不必担心会有异样的声音来找你的麻烦。对于一个追求真理的科学家来说，这一点实在是太难能可贵了。”
伽利略依旧每天去宫廷给小王子上课。王子的年龄显然有点小，所以基础知识不是很扎实，这样，他们的课程出现了一些障碍。为了安慰王子，他说：“没关系的，你要慢慢学才可以，这东西就像一座大楼，如果地基打不好，那就算把楼盖起来也不会稳固的，以后我还会回佛罗伦萨来，所以，我们还有机会学习。”
科西默王子出口不凡，他说：“伽利略先生，等我长大了，当上托斯卡纳大公的时候我会聘你当我的宫廷数学教授。”
听了这一句，伽利略觉得这也正是他所希望的，伽利略陷入到了矛盾的心情之中。
暑假快要结束了，公爵赠送了伽利略一些礼物，但是，他并没有聘请伽利略来做宫廷教授。一位官员告诉他，大公爵现在正忙着操办儿子的婚事，等他忙过了这一阵子，决不会让这样一位出色的学者留在帕多瓦。
托斯卡纳驻威尼斯的大使帮助伽利略很快得到帕多瓦大学的再次聘任，而且，还给伽利略增加了薪水。对于托斯卡纳王宫的聘请，现在，伽利略反而不着急了。首先，帕多瓦大学已经聘用了他，他目前的生活有了着落，他不需要四处奔波了。再说，他现在对于回佛罗伦萨还有几分犹豫。伽利略想过了，现在最聪明的做法就是静观其变。先拖上几年，观察一下形势，然后再做决定，因为如果他急于在宫廷里谋职位的话，可能就会降低自己的身价，这样，可能会直接影响他的薪水。如果现在不回佛罗伦萨，那么对于他今后在王宫里的位置，只有百利而无一害的。于是，伽利略一直在帕多瓦大学教书，只是在假期的时候，才回佛罗伦萨讲学，这种状况一直持续到1609年。
重返佛罗伦萨1609年，科西默王子继位了。