V roku 1904 predložil k obhajobe výborne hodnotenú dizertačnú prácu "O novej hviezde súhvezdí Cassiopei
z roku 1572". Rigorózne skúšky z filozofie zložil s vyznamenaním, ale rigoróza z vlastných predmetov - astronómie
a fyziky - zložil len na dostatočnú, čo je paradox. Už v roku 1904 sa objavil v Paríži, kde sa snažil dostať
k dvom najznámejším astronómom v Paríži, ku Camillovi Flammarionovi a Julesovi Janssenovi. Počas obdobia,
kedy čakal na stretnutie skúmal tajomstvo Vezuvu v Taliansku. Doporučujúci list profesora Zengera mu umožnil
prehliadku hvezdárne Meudon. Krátko na to, roku 1905, sa zoznámil s astronómom a spisovateľom Camillom
Flammariom, ktorý rýchlo postrehol Štefánikov talent a on sám ho odviedol do známej hvezdárne v Meudone k jeho riaditeľovi J. Janssenovi, slávnemu zakladateľovi a priekupníkovi spektrálnej analýzy nebeských telies, predovšetkým Slnko. Tu sa otvorili "hviezdne roky" Milana Rastislava Štefánika.

Začínali sa v rokoch, kedy európska astronómia mala už za sebou prvé pokusy o využitie vysokohorských polôh nad najhustejšou vrstvou atmosféry. Najdobíjanejším miesto sa stal Mont Blanc. Profesor J. Janssen ho prekonal v roku 1891. O týchto výskumoch, ktoré previedol rozprával na Akadémii A výstup na Mont Blanc sa stal prvou skúškou v astronómii pre Milana Rastislava Štefánika., ktorý mu navrhol profesor Janssen. Štefánik návrh prijal a tak 18. marca 1905 tam vyrazila dvadsaťčlenná výprava. Výstup bol úspešný, ale vedecky prakticky bez výsledkov. Počasie znemožnilo pozorovanie.

Oproti tomuto, triumfom bolo pozorovanie úplného zatmenia Slnka dňa 30. augusta 1905 v Alcosebre v Španielsku. Počasie bolo vynikajúce a tak trojčlenná výprava získala cenné poznatky. Štefánikov štúdium "Spektroskopické skúmanie zatmenia Slnka 30. augusta 1905 v Alcosebre" odznelo aj na schôdzi parížskej Akadémie už 9. októbra 1905 a čoskoro
sa objavila aj na stránkach Comptes Rendus Hebdomeires des Sciences des l`Academie Sciencies.
Toho istého roku Štefánik ešte dvakrát vystúpil na vrchol Mont Blancu, do Janssenového observatória. Získal mnoho cenného materiálu, ktorý zodpovedajúcim spôsobom spracoval.
V roku 1906 Štefánik publikoval Štefánik sedem vedeckých prác, týkajúcich sa spôsobu, ktorý umožňoval štúdium slnečnej koruny aj mimo času zatmenia. Pozoruhodné boli aj Štefánikove
návrhy na nové usporiadanie spektroheliografu a predovšetkým heliometru. Po tom, ako vedenie observatória prebral Henri Deslandres, Štefánik musel observatórium opustiť.

Na sklonku roku 1906 sa mu naskytla opäť veľká vedecká príležitosť. Z poverenia Bureau des Longitudes mal viesť oficiálnu francúzsku výpravu, ktorá mala byť 13. januára 1907 pozorovať zatmenie Slnka v Turkmenistane. Ako stanovište vybral Štefánik miesto s názvom Ure Tjube, pripravil potrebné prístroje a určil celý program. No zas napriek zlému počasiu pozorovanie nebolo úspešné.

Po neúspechu v Turkmenistane prišiel s návrhom zriadiť "Spoločnosť montblanských observatórií" a získal pre túto myšlienku aj astronóma J. Vallota. Hlavným zmyslom tejto spoločnosti mala byť záchrana a dobudovanie Janssenového observatória. Bol to však márny zápas, v ľadovci pod Janssenovým observatóriom sa objavila a neustále zväčšovala trhlina a prevádzka hvezdárne bola ohrozená. Observatórium sa zachrániť nedalo.

V roku 1910 vzrušovala celý svet Halleyova kométa, ktorá mala v dopredu vypočítaný deň zatieniť slnečný disk. Každý hvezdár vypočítal, že Halleyova kométa prejde pred Slnkom 18. mája 1910 a najlepšie podmienky na jej pozorovanie bude na ostrove Tahiti. Avšak v deň prechodu kométy bolo zas zamračeno. Štefánik ostal na Tahiti do konca roka 1910. Začal stavať observatórium na hore Mont Farere nad Papeete.

V roku 1911 Štefánik opäť zaznamenal, po dlhej dobe, ďalší vedecký výskum, ktorý sa dal porovnať s úspechom v španielskom Alcosebre. Dňa 28. apríla 1911 pozoroval na ostrove Vavau za dobrých podmienok zatmenie Slnka, pri ktorom najväčšiu pozornosť venoval slnečným korunám. Jeho prácu si zas po rokoch predčítala Akadémia a opäť sa dostal na stránky Comptes Rendus. Najviac, 18. decembra 1911 dostal Wildeho cenu Akadémie, ktorá oceňovala jeho celkový prínos astronómii. Pozorovanie Štefánik zavŕšil v apríli 1912, kedy vo vedeckej skupine G. Bigourdana pozoroval na pevnosti Cormeiles neďaleko Paríža len neúplné, takzvané prstencové zatmenie Slnka. Pokúšal sa fotografovať slnečnú korunu a zastihol už jej len slabú zelenú čiaru.

Štefánik sa zaslúžil o významný vzrast vplyvu Francúzska v Ekvádore, za čo mu udelila francúzska vláda na návrh ministerstva námorníctva kríž rytiera Čestnej légie s odvodnením, že na Tahiti a v republike Ekvádor preukázal pozoruhodné služby obchodnému loďstvu a francúzskej expanzii.