En 1612, le collège de Digne lui demande quelques conférences de philosophie. En 1614, Gassendi obtient son doctorat en théologie à Avignon. Il est nommé chanoine de Digne. En 1617, il entre dans les ordres. Il est nommé professeur de rhétorique au collège de Digne. En 1618, Gassendi note ses premières observations du ciel lors de l'apparition d'une comète « à tête crépue ». Il entre en relation avec l'astronome Joseph Gaultier de la Vallette (1564–1647). En 1620, il établit les tables de la position de Jupiter par rapport aux étoiles fixes. L'année suivante, il donne leur nom aux aurores boréales. De 1622 à 1623, Gassendi est nommé professeur de philosophie au collège d'Aix. Il en est chassé, semble-t-il, par l'arrivée des jésuites3. Le 14 avril 1623, il observe une éclipse de lune à Digne. La même année, il décrit les positions de la planète Mars.
Il se rend à Grenoble, où il publie en 1625, contre les aristotéliciens, ses Exercitationes paradoxicæ versus Aristoteleos, son premier livre, rédigé en 1622. Cette rupture avec l'aristotélisme prépare celle, douze ans plus tard, de Descartes dans son Discours de la Méthode. En 1625, Gassendi est à Paris ; il observe la position de Vénus depuis le Pont Neuf et une éclipse avec Claude Mydorge. En avril, il retourne dans le Midi. En 1626, il devient le prévôt de la cathédrale de Digne[Laquelle ?] ; mais dès lors sa vie se confond avec ses observations astronomiques ; il est un inlassable collectionneur d'éclipses. Avec le philosophe Thomas Hobbes, Gassendi partage ses critiques de Descartes ; il est en rapport avec tous les grands astronomes de son temps : Képler, Riccioli, Hortensius, Hévélius4… sa renommée s'étend jusqu'à Prague, Dantzig, Leyde et Bologne. Ses observations sont menées en grande partie en étroite liaison avec son ami le conseiller au Parlement Nicolas Claude Fabri de Peiresc auprès duquel il passe ses années de transition. À Galilée, il écrit le 20 juillet 1625 :
« Tout d'abord, ami Galilée, je