祖沖之不僅是一位傑出的數學家和天文學家，而且還是一位傑出的機械專家。祖沖之製造了許多精巧的機械。例如“指南車”、“千里船”、“木牛流馬”等。

宋順帝劉準手下有個實權派人物叫蕭道成。蕭道成表面上對劉準畢恭畢敬，實際上每時每刻都做着 “皇帝夢” 。爲了當皇帝，他在暗地裏下足了功夫。一天，他聽說，古代的皇帝出門都得有一輛指南車開道，他想：我就要當皇帝了，沒有一輛指南車怎麼行呢 ？ 於是，開始四處找人爲他做這種車。找了幾個人都沒試製成功，他更心急如焚，這時，他手下有人提到祖沖之，蕭道成一瞭解，知道祖沖之果然是個能人，於是他就借種種名義建議皇帝把祖沖之調了來。調來之後，祖沖之就被封了個謁者僕射的官職。到了京城之後，蕭道成就是他的管轄者，蕭道成給他的第一件事就是製造指南車。

接到這個工作後，祖沖之非常爲難，爲此大傷了一番腦筋。其實，這個車也不是什麼新發明。傳說，在上萬年以前，我們的祖先黃帝和南方的蚩尤部落打仗，蚩尤人善施妖術，打仗時常作大霧，用來迷惑對方。爲了使自己的軍隊不迷失方向，黃帝派人造了一輛指南車。這個指南車的原理和指南針一樣，車上裝有一些機械齒輪類的東西，車上有一個站立姿式、 伸開手臂的木頭人。車啓動後，不論車子怎麼轉，木頭人的手臂始終指向南方。以後，東漢的大科學家張衡，三國的大發明家馬鈞都嘗試過製造指南車，可惜的是，它們先後都失傳了。到了東晉，由北方少數民族統治者打頭，又興起了製造指南車的 “熱” ，主要是因爲皇帝們都覺得，出門有個指南車開道，有氣派、 夠威風。據資料記載，公元349 年，後趙統治者石虎曾下令解飛爲他製造指南車。50 年後，公元 399 年，後秦統治者姚興也要手下人令狐生造過這種車。到了公元 417 年，東晉的大將劉裕率兵攻打後秦首都長安(今陝西省西安市) ，滅了後秦，劉裕的手下在衆多的戰利品中發現了指南車。儘管這輛車裏面的零件已蕩然無存，成了徒有虛表的廢鐵，但劉裕還是愛不釋手，當寶貝似的把它運回了江南。自此以後，那輛破指南車便成了皇室裏面的 “傳家寶” 了，每當皇帝出門，都要把它放在儀仗隊的前面。爲了讓木頭人能夠轉動，劉裕還專門派人藏在車箱裏面，不斷地撥弄那個木頭人，就好像我們今天所看到的木偶戲一模一樣了。到了蕭道成掌握實權後，他越看這輛破車越覺得敗興，三番五次地催促祖沖之快造。祖沖之對蕭道成這種蠻橫的態度非常反感， 但是，他又捨不得放棄對這種車的鑽研。從小養成的鑽研習慣使他越是遇到難題，就越是幹得有勁。他並不把蕭道成對自己如何放在心上，他心裏只想着怎麼攻克這個難關，爲後人再留下點什麼。

根據手頭有限的資料，祖沖之推測，前幾個指南車內部的機械都是木製的。木製機件至少有兩個弱點，一是不耐磨，長期使用，齒輪互相摩擦就容易變形，而變形的齒輪又會引起整個機器運轉失準；二是不結實。這也是前幾輛指南車 “早逝” 的原因之一。想到這兩層弱點，祖沖之決定在自己創造指南車中改用銅器部件。決定了車所用的材料之後，接下來就是設計和組成零件。根據自己製造水碓磨的經驗，他覺得，指南車的原理和水碓磨的原理有相似之處，這就是，它們都得巧妙地運用齒輪。指南車的妙處就在於，不論車子的方向怎樣變，車上的木頭人的指向永遠不變。怎樣理解這一對變與不變的矛盾呢 ？ 關鍵就在於車中要有一組精密的齒輪。這組齒輪就要向右轉時車子也要向右轉，而反之，當車子向左轉時，另一些齒輪就要向左轉。這樣，只要車子轉變的角度與齒輪轉動的角度相當，那麼，和齒輪相連接的小木頭人就會十分準確地指向南方了。想清楚這個原理後，下一步就是製圖了。因爲當時沒有一張指南車的構造圖可以依照，祖沖之只好憑想象自己製造了。他畫了一稿又一稿，最後總算拿出了令自己滿意的草圖。在這張圖的剖視部分中顯示，車箱的中央有一個大平輪，輪上豎着一個長軸，軸上連着那站在外面的木頭人。大平輪左右裝有一個小平輪，兩個小平輪的外側又各自連着一個小齒輪。這樣的設計法，用今天的術語說，就叫做差速齒輪原理。從祖沖之的剖視圖看，指南車的主機部分並不複雜，只有 5 個齒輪加一個長軸。但實際上，要想組裝合適則並不那麼簡單。齒輪的大小，疏密要求十分精密，稍有差錯就會影響整個車子的準確性。怎麼樣使齒輪安裝合理呢 ？ 就靠精確的計算了。對於計算，祖沖之並不那麼發怵，前面已經計算過圓周率那樣大的工程，這回怎麼說也要比那次輕鬆點了。他反覆計算，直到確認每個齒輪的位置都合乎要求，才告罷休。設計完畢，祖沖之又按設計圖做了一個木製的模型。幾經試驗，那個木模型運轉纔算完全符合標準，祖沖之這才放下心來，馬上請銅匠、 木匠一起合作，自己親手監督，不久，一輛精美的指南車就出現在皇家樂遊苑中了。

真是無獨有偶，在祖沖之試製指南車的同時，京城裏有個叫索馭的也想嘗試着做一輛。這個剛從北朝遷到南朝的男子很有勇氣，聽說蕭道成正在找人做指南車，就自報家門，要求也做一輛。蕭道成聽說這個消息，心想，多一個人試製也沒有什麼害處。於是，他下令索馭也造一輛，到時候和祖沖之造的那輛一同比試比試。沒過多久，索馭也宣佈自己的指南車大功告成。蕭道成看兩輛指南車都造好了，很是高興，特選手下的兩名大臣來擔任測定裁判，他們是：王僧虔和劉休。試車選在一個天氣和煦的好日子，地點是皇家圓林— — —樂遊苑中。樂遊苑平日裏供皇室成員遊玩，人跡稀少。這一天破例，一些商賣、 書生、 百生也被允許進來觀看，一時間，花前、 樹下、 水邊、 廊子裏、 假山上都聚滿了人。正當人們翹首以待之際，從北邊揚起了一陣塵土，兩輛指南車一前一後，在四匹馬的拖曳下跑過來了。從遠處看，它們的外觀幾乎相同，但兩輛車上的馬的顏色卻有不同，一輛是由兩匹白馬拉着，另一輛則由兩匹棗紅馬拉着。比賽開始了，隨着裁判一聲令下，由兩匹棗紅馬拉的車先上場了，一上來就按裁判發出的口令表演起來。規定動作主要有，正常速度下的左轉彎、 右轉彎和加速後的左右轉彎等。這輛指南車做正常速度運行時，一切發揮正常，不管車怎麼轉，車上的木頭人始終指向南方。看到這裏，人羣中發出了嘖嘖的讚歎聲，裁判官也不禁微微點頭表示讚賞。接着，加速轉彎開始了，幾個急轉彎下來，木頭人手臂的指向逐漸失準，由開始的不明顯，到明顯，彎轉的越多，偏差也就越大。人們譁然了，紛紛失望地搖起頭來，有人開始猜測這是誰的車。正在這時，裁判官大聲宣佈： “第一輛指南車試車完畢，製造人索馭，結果：不合格。 ” 看到這情況，索馭心裏很不是滋味，臉色鐵青，而人羣中仍然有人爲他打氣： “沒關係，你的不行，祖沖之的那輛也未必合格，咱們一起等着瞧嗎 ！”祖沖之那輛指南車上場了。拉車的那兩匹白馬每匹脖子上還掛了個帶紅纓的響鈴，一走三搖，發出歡快的聲音。車子開始做規定動作了，正常速度轉彎，平平穩穩，木頭指南人工作正常。快速轉彎，木頭指南人動作協調，車向左，它向右；車朝右，它朝左。接着，又是幾個急速轉彎，木頭人仍是指向準確，毫無差誤。最後，兩位裁判官一致認爲祖沖之的那輛指南車完全合格。當裁判官向觀衆宣佈了評比結果之後，人羣中又開始騷動起來了，有的，爲自己的賽前的爭論中站在祖沖之一邊而自豪；有的，跑上前去向祖沖之祝賀。此時此刻，祖沖之的心情自然也十分愉快。然而，多年搞研究受到的苦與樂的磨鍊，使他具有一種與衆不同的修養， 這就是： 勝不驕，敗不餒。成功了，他從不得意忘形，因爲那是多少失敗換回的必然結果；失敗了，他也絕不垂頭喪氣，因爲那意味着自己的功夫還沒到家。在這成功的時候，祖沖之想想，倒還是挺佩服索馭敢於嘗試的勇氣。當他抬頭看去，發現此時索馭正一個人孤獨而又尷尬的站在自己造的車前發呆，祖沖之的心裏也挺不是滋味，主動走上前去，對索奴說： “索先生，別泄氣，我看，您的車只要稍加改進，就會很好的。今天我的車雖然贏了，但日後，您一定會有超出我的地方，既然幹事，就不能怕失敗。 ” 索馭聽了這番話，暗暗讚歎他的氣度。可是想想自己在這多人面前丟了醜，仍是感到羞愧難當。一氣之下，還是把他那輛指南車燒了。