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战乱之中，孙家的家产损失殆尽，日子变得愈发艰难。为了躲避战火，也为了维持生计，年轻的孙云球带着母亲，在虎丘山畔住了下来，靠采集、炮制中草药，拿到集市上去卖，换点柴米油盐，艰难度日。他每天天不亮就起床，背着药篓上山采药，悬崖峭壁都敢去，回来之后又要洗药、晒药、炮制，常常忙到深夜。
即便生活如此困顿，孙云球也从未放弃过读书和钻研。他从小就对数学、机械有着浓厚的兴趣，越是乱世，越是觉得实学有用。当时，徐光启与利玛窦合译的《几何原本》前六卷已经在江南流传，孙云球弄到了一本，如获至宝，每天卖药回来，不管多累，都要在油灯下研读。他不仅把书中的几何定理、测量方法、算指之法全部吃透，还常常举一反三，自己动手做实验验证。
孙云球手极巧，又精通机械原理，家里到处都是他做的小玩意儿。他看到西方传来的自鸣钟很稀奇，走时却常常不准，又没人会修，就自己琢磨着研究钟表结构。为了精准校准时间，他还专门发明了一种叫“自然晷”的仪器。
传统的日晷只能在晴天使用，阴天、晚上就没用了，而且精度不高。孙云球设计的“自然晷”，改进了晷针与晷面的角度，还增加了校准装置，不仅能根据日影准确测定时刻，就算是阴天，也能通过辅助装置推算时间，误差极小。他用自然晷来校准自鸣钟，一校一个准，消息传开之后，苏州城里很多有钱人家，都专门抱着自鸣钟来找他校准。
不过，孙云球一生最大的成就，还是在光学制造领域。
当时，薄珏在苏州造望远镜、浑天仪的事，孙云球早有耳闻。薄珏比他年长十几岁，是江南实学界的前辈，孙云球一直非常崇拜他，还专门登门拜访，向薄珏请教光学与机械知识。薄珏也很欣赏这个天资出众又肯吃苦的年轻人，倾囊相授，给了他很多指点。
但薄珏的光学研究，更多是服务于军事与天文，技术还比较简略原始。孙云球则在此基础上，走得更远、更深。他想，既然水晶能透光、能放大，那能不能把水晶磨成不同的形状，做出各种不同用处的镜子呢？
苏州是有名的琢玉之乡，琢玉工艺天下一绝，工匠们能把坚硬的玉石磨成各种精细的造型，抛光得温润透亮。孙云球从小看惯了玉匠磨玉，心里渐渐有了主意：用琢玉的工艺来磨制水晶镜片。
说起来容易做起来难。磨制光学镜片，对精度的要求比琢玉高得多，镜面的曲率差一丝一毫，成像就会模糊变形。孙云球买来水晶原石，自己打造磨镜工具：粗磨用的砂轮，细磨用的磨盘，抛光用的兽皮，还有用来固定镜片的夹具，大大小小几十种工具，都是他亲手一点点做出来的。
磨镜的过程枯燥又辛苦。他坐在作坊里，双手按着镜片在磨盘上反复研磨，一边磨一边不断检查曲率，磨坏了就换一块重新来。
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