Sau đó ông bắt đầu tính toán toàn bộ quỹ đạo của Sao Hỏa, sử dụng định luật tỉ lệ hình học và giả thuyết một quỹ đạo hình trứng. Sau khoảng 40 lần thất bại, cuối cùng vào đầu năm 1605 ông đã đi đến ý tưởng về một quỹ đạo elip, mà trước đó ông cho là quá đơn giản, không thể nào các nhà thiên văn trước đó lại bỏ qua được (!). Phát hiện ra rằng một quỹ đạo elip khớp với dữ liệu về Sao Hỏa, ông lập tức kết luận rằng tất cả mọi hành tinh chuyển động theo các đường elip, với Mặt Trời nằm ở một tiêu điểm-đó là định luật thứ nhất của Kepler về chuyển động hành tinh. Tuy nhiên bởi không sử dụng một phụ tá nào để tính toán, ông không thể mở rộng phân tích toán học ra ngoài Sao Hỏa. Cuối năm đó, ông hoàn thành bản thảo của Astronomia nova, nhưng phải đợi tới năm 1609 mới xuất bản được do các tranh cãi pháp lý liên quan tới việc sử dụng dữ liệu quan sát của Tycho với những người thừa kế trong dòng họ Brahe.