На родину Коперник вернулся в конце 1503 года и поселился в городе Лидзбарке, а затем занял должность каноника во Фромборке — рыбачьем городке в устье Вислы. Здесь Коперник проводил астрономические наблюдения. В «Малом комментарии», написанном приблизительно в 1516 году, он дал предварительное изложение своих гипотез.

В ноябре 1520 года, в самый разгар войны с крестоносцами, Коперник избирается администратором владений капитула в Ольштыне и Пененжно. Под его командованием немногочисленный гарнизон Ольштына сумел отстоять город. Вскоре после заключения перемирия в апреле 1521 года, Коперник назначается комиссаром Вармии, а осенью 1523 — канцлером капитула.

К началу 1530-х годов его работа над созданием новой теории и ее оформлением в труде «Об обращениях небесных сфер» была в основном закончена. К тому времени почти полтора тысячелетия просуществовала система устройства мира, предложенная древнегреческим ученым Клавдием Птолемеем. Коперник же считал, что человек воспринимает движение небесных тел так же, как и перемещение различных предметов на Земле, когда он сам находится в движении. Наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что Земля неподвижна, а Солнце движется вокруг нее. На самом же деле, это Земля движется вокруг Солнца и в течение года совершает полный оборот по своей орбите.

Ученый был при смерти, когда друзья принесли ему первый экземпляр «Об обращениях небесных сфер». Николай Коперник скончался 24 мая 1543 года.

Некоторое время его труд свободно распространялся среди ученых. Только когда у Коперника появились последователи, инквизиция «спохватилась». Его учение было объявлено ересью, а книга внесена в «Индекс запрещенных книг» и оставалась под запретом до 1833 года.