恰在此时，燕昭王招贤纳士，为郭隗修筑宫殿以师礼待之，以此作为尊贤榜样。一时间，各国人才争相趋燕。在这种背景下，邹衍离齐入燕，《说苑·君道》载；“燕王曰：‘寡人愿学而无师。’郭隗曰：‘王诚欲兴道，隗请为天下之士开路。’于是燕王常置郭隗上坐南面。居三年，苏子闻之，从周归燕；邹衍闻之，从齐归燕；乐毅闻之，从赵归燕，屈景闻之，从楚归燕，四子毕至，果以弱燕并强齐。”
据载，邹衍到燕国时，燕昭王亲自抱着扫帚为他扫地，怕尘埃落到他身上。刘歆记载此事说：“《方士传》言：邹子在燕，其游诸侯畏之，皆郊迎而拥彗”。
王充在《论衡·别通》中亦说：“燕昭为郐衍拥彗。”继而拜邹衍为师。
班固在《汉书·艺文志》，自注中说邹衍为“燕昭王师”。
《史记·孟荀列传》记载更详：“如燕，昭王拥彗先驱，请列弟子之座而受业，筑碣石宫，身亲往师之。”
邹衍在燕主要从事的是发展生产的工作。
《艺文类聚·水部下·谷》载：“刘向《别录》曰‘《方士传》言：邹衍在燕，燕有谷，地美而寒，不生五毂。邹子居之，吹律而温气至，而觳生，今名黍谷。”
王充在《论衡·寒温篇》中也说：“燕有寒谷，不生五般，邹衍吹律，寒谷可种。燕人种黍其中。号曰黍谷。”
公元前284年，燕昭王以乐毅为上将军，与秦、楚、韩、赵、魏联合伐齐。齐是邹衍的家乡，他虽然憎恨迫使他背井离乡的统治者，但他始终不渝地爱恋着生他养他的那块热土。他没有也不能参加这场战争。这很可能构成其后诬他下狱的一个口实。
燕昭王死后，由燕惠王继位。惠王与昭王不同，对于先朝旧臣并不那么信任，这时燕齐局势逆转，加之邹衍又是齐人，故听信谗言，把邹衍逮捕下狱。
《后汉书·刘瑜传》引《淮南子》说：“邹衍事燕惠王，尽忠。左右谮之，王系之，仰天而哭，五月为之下霜。”这是一起冤案，后来终于得到昭雪。
这时，齐闵王已死，齐襄王早已继位，稷下学宫又恢复了过去的繁荣局面。
身遭大变故的邹衍，思乡情涌，归心似箭，他又回到自己的家乡。其后他曾作为使者在赵国见到平原君，并为其绌善为坚白之辩的公孙龙。
《史记·平原君虞卿列传》中说；“平原君厚待公孙龙。公孙龙善为坚白之辩，及邹衍过赵，言至道，乃绌公孙龙。”
邹衍晚年似乎仕于燕王喜，在公元前251年至前250年的燕赵之战后，其活动不见记载。或许在其前后去世了。
班固《汉书·艺文志》论述了阴阳家的来历和社会地位：“阴阳家之流，盖出于羲和之官，敬顺昊天，历象日月星辰，敬授民时，此其所长也。”班固认为阴阳家来源于掌管天文历法的官羲氏及和氏。既如此，天论与五行学说便是邹衍学说的主要内容。