1618年3月8日，通过仔细分析研究第谷留下的天文数据资料，开普勒得出了行星运行第三定律。至此，行星运行三大定律全部形成，开普勒所苦苦追寻的宇宙秩序终于建立起来。
哥白尼及其以前的天文学家，都认为行星沿正圆轨道匀速运动。开普勒认为圆总是存在一定的偏离。开普勒坚信第谷的观测数据是准确的，那就意味着必须抛弃行星沿圆形轨道匀速运动的旧观点。经过艰苦地努力和无数次推算，开普勒从轨道和匀速运动出发，算出了火星的位置。与第谷实际观测到的位置对照，终于发现火星是沿椭圆轨道绕太阳运行的；火星的运动速度是不均匀的，距太阳近时运动速度快，距太阳远时运动速度慢；行星与太阳的连线在相等时间内扫过相同的面积。这就是第一和第二定律。
得到上述两条定律，并没有使开普勒停止自己的研究步伐，他继续努力以探索更深刻的天体运动规律。他耗费了大量时间和精力去计算和分析行星与太阳的距离和行星公转周期之间的关系。开普勒以地球到太阳的距离为基本的标准，推算出其他行星到太阳的距离。又把当时已经知道的各个行星的周期一一列出。然后，他在一大堆数字中试着做各种极为枯燥繁琐的运算。在遭遇了无数次失败后，终于发现行星轨道的半长轴的立方与周期的平方成正比例，即a3/T2=常数。这就是行星运动第三定律。
1619年，开普勒出版了《宇宙和谐论》一书，把研究火星得出的第一定律和第二定律推广到太阳系的所有行星，同时公布了第三定律，完成了他对科学发展的最大贡献。