熙宁八年（1075），沈括奉旨出使辽朝，与辽朝宰相商谈宋辽分界问题，获得成功。归来后撰成《使契丹图抄》，描绘辽之山川、道路形势与人情风俗，进呈朝廷。同年十月，沈括升任翰林学士、权三司使，主持宋朝财政。他推行新法，改革财政制度，在一定程度上改善了宋朝的财政状况。

　　熙宁十年（1077）七月，沈括因主张免除下户役钱、轻役依旧轮差，遭御史蔡确等人诬劾，被罢三司使，出知宣州（今属安徽）。元丰三年（1080）五月，改知延州（今陕西延安）。不久又兼任鄜延路经略安抚使，成为一方军事统帅，在与西夏的对抗中屡立战功，并升任龙图阁直学士。但在元丰五年（1082）九月，永乐城被西夏军攻破，北宋损失官兵万余人，夫役无数。沈括在此次战役中，虽竭尽全力阻止西夏军的继续前进，但他身为主帅，未能坚持自己的主张，纠正钦差徐禧的错误，导致宋军损失惨重，应负有一定责任。十月，朝廷以“措置乖方”罪，降沈括为均州团练副使，限他居住在随州（今湖北随县）。八年，徙秀州（今浙江嘉兴）团练副使，在秀州安置。熙宁九年（1076）沈括奉诏编修天下州县图，至元祐二年（1087）完成。元祐三年他将五易其稿，费时12 年精心编制的《天下州县图》献给朝廷，才被允许任便居住。元祐五年（1090）沈括迁润州（今江苏镇江）朱方门外梦溪园定居。从此闭门谢客，潜心著述，恬淡而平和地度过了他的晚年。绍圣二年（1095），沈括病逝，享年65 岁。

　　沈括一生的大部分时间从事政治活动，但他刻苦治学，“博闻强记，一时罕有其匹”，“于天文、方志、律历、音乐、医药、卜算，无所不通，皆有所论著”①。据胡道静的统计，沈括著述近40 种，分为易、礼、乐、春秋、仪注、刑法、地理、儒家、农家、小说家、历算、兵书、杂艺、医书、别集、总集、文史等17 类。今存的仅《梦溪笔谈》、《补笔谈》、《续笔谈》、《苏沈良方》和综合性文集《长兴集》（原有41 卷，仅存19 卷）等五种，其余多已亡佚。②其中《梦溪笔谈》是沈括晚年在梦溪园中，将其一生所见所闻和研究心得以笔记文学体裁形式写下的不朽著作。现存《梦溪笔谈》为26 卷，连同《补笔谈》3 卷，《续笔谈》11 篇。笔谈共分故事、辩证、乐律、象数、人事、官政、权智、艺文、书画、技艺、器用、神奇、异事、谬误、讥谑、杂志、药议17 门，分类系事，考辨精邃，共有609 条。有关历史（包括考古）方面的记述，至少有120 条以上。有关自然科学条目占255 条，约为全书的42％，内容涉及自然观、数学、物理、化学、天学、地学、生物、医药、工① 《宋史》卷331《沈括传》。

　　② 胡道静校注：《梦溪笔谈校证》下册，第1151—1154 页。

　　程技术等诸多领域。书中反映有当时科学技术成就的一些忠实记录，如喻皓的《木经》、毕昇的活字印刷术等，都是我们今天在这方面所能获得的唯一资料。《梦溪笔谈》不仅是一部史料价值很高的历史典籍，而且是一部科技史资料汇编，在中国科学技术史上具有十分重要的地位，英国科学史家李约瑟（Joseph Needham）博士曾称此书是“中国科学史上的里程碑”①。

　　第二节科学成就天文学沈括奉命兼任提举司天监后，首先采取措施对司天监进行整顿，并保举精于历术的平民卫朴进入司天监编修新历。熙宁八年（1075）《奉元历》编成并颁行。后在沈括的建议下，《奉元历》又根据实测资料重修，在宋代行用了19 年。沈括对天文仪器也有重大的改革。浑仪是中国古代用来观测天体运动的仪器。沈括在深入分析历代浑仪缺点的基础上做了重要改进，如取消了白道环，放大窥管上孔径以扩大视域及缩小下孔径以适宜于人目观测，设法校正极轴位置等。经改进的浑仪，结构简化，使用方便，测量精度也有所提高。沈括改进的计时仪器浮漏，利用漫流中表面张力的补偿作用，来减少液体粘滞性随温度变化而对流量的影响，以便消除由此引起的计时误差，提高了计时的准确性。他利用新制的浮漏，进行了长达十余年的观测和研究，获得不少新的成果，如认识到在一年之中，每日的长度并非常量，并据理推断冬至日长度“百刻而有余”、夏至日长度“不及百刻”。此外，他还对测日影的圭表做了一系列改革。为了说明改制仪器的原理，沈括于熙宁七年（1074）七月上《浑仪》、《浮漏》、《景表》三议，这三篇著作都是中国科技史上有关天文仪器方面的杰作。

　　中国的传统历法是阴阳合历，节气与月份的关系并不固定，而节气对于农业生产等活动有着很大影响。因此，为使节气与月份之间建立起相对固定的关系，沈括大胆提出了一种纯阳历的历日制度，即十二节气历法。他认为最好是用“十二节气”为一年，不要用十二月。如以立春为孟春（正月）初一，惊蛰为仲春（二月）初一，等等，以此类推；大月31 日，小月30 日，大小月一般相间，一年最多有一次两个小月相连；在历书上加注朔望，以表示月亮的圆缺。这种历法可说是历法史上带有革命性的创意。它完全以太阳视运动为计算依据，按节气定历，既简便易算，又有利于农事活动的安排。但由于这种纯阳历否定了中国几千年传统的阴阳合历，不可避免地招致“怪怨攻骂”，而难以实行。可是，沈括却满有信心地说：“然异时必有用予之说者”。①如今，世界通用的阳历（如现行的公历《格里历》），其实质与沈括的“十二节气历”是很相似的。