Преодолев кризис, Декарт обратился к проблеме объективности разума и автономии науки по отношению к Всемогущему Богу. К этой мысли его подтолкнул и тот факт, что папа Урбан III осудил идеи Галилея как противоречащие Священному Писанию. В 1633-1637 гг., объединив занятия метафизикой и научные исследования, он пишет свой знаменитый труд "Рассуждение о методе"; эта работа послужила как бы введением к трём научным сочинениям, в которых Декарт обобщил результаты своих исследований: "Диоптрика", "Метеоры", Геометрия". В отличие от Галилея, не оставившего специального трактата о методе, Декарт счёл важным доказать объективный характер знания и указать правила, которым надо следовать, чтобы достичь объективности. Созданное в атмосфере полемики и призванное защитить новую науку, "Рассуждение о методе" стало magna charta ("великой хартией") новой философии.
Тогда же начался роман Декарта с Еленой Ян. У них родилась дочь Францина, которую он нежно любил; но она дожила лишь до пяти лет. Скорбь от утраты оставила глубокий след в душе Декарта, однако его научные труды по-прежнему оставались строгими и четкими. Он возобновил работу над "Трактатом о метафизике", но теперь в форме "Размышлений", написанных по-латыни и предназначенных учёным.
Тема "слабости и непрочности человеческой природы" свидетельствует о том, что его душа в то время была полна тоски. Эти "Размышления о первой философии" он послал Мерсенну, чтобы тот познакомил с ними учёных и узнал их мнение по поводу написанного (известны замечания Гоббса, Гассенди, Арно и самого Мерсенна). "Размышления" опубликованы в окончательном варианте вместе с "Ответами" Декарта в 1641 г., их полное название - "Размышления о первой философии, в которой доказывается бытие Бога и бессмертие души" На нападки по этому поводу протестантского богослова Гисберта Воэция Декарт ответил "Epistola Renati Desсartes ad celeberrimum virum Gisbertum Voetium" ("Посланием Рене Декарта к знаменитейшему мужу Гисберту Воэцию"), в котором попытался доказать жалкую несостоятельность философских и богословских концепций своего противника.
Несмотря на горячую полемику вокруг его сочинений о метафизике и науке, Декарт начал работу над "Началами философии"- сочинением в четырех частях, состоящим из коротких статей по образцу школьных учебников того времени. Это компилятивное и систематическое изложение его философии и физики с особым акцентом на связь между философией и наукой опубликовано в Амстердаме и посвящено принцессе Елизавете, дочери Фридриха V Пфальцского.
