自从宋真宗之后，宋朝一直依赖每年送大量银绢来维持与辽朝的暂时和平局面，但辽朝却利用宋朝的软弱，不断寻求侵占更多土地。公元1075年，辽朝派大臣萧禧到东京要求划定边界。
宋神宗便派沈括出使，与萧禧进行谈判。沈括不仅精通地理，而且细致认真，他先是查阅了过去议定边界的文件，然后向宋神宗汇报，最终证明那块土地应属于宋朝，从而让萧禧无话可说。
随后，沈括又被派去上京（辽国的都城）继续谈判。在那里，他收集了许多地理资料，并让随从官员背熟，以备不时之需。当杨益戒提出问题时，沈括和官员们对答如流，有凭有据，这迫使杨益戒放弃了他的无理要求。
回程途中，每经过一个地方，沈括都会详细记录当地的地形、风俗等，并最终将这些资料整理成一本献给宋神宗的地图。这份工作立下功劳，被任命为翰林学士。
在一次巡视定州期间，沈括伪装打猎实际考察了该地区的地形，并制作了一座木制模型，将其呈现给宋神宗。此外，他还受命编制全国地图，但因诬告被贬谪至随州。他在那里坚持完成未完的地图，并且在各个职位间持续修订直至完成《天下郡国图》，成为当时最准确的一本全国地图。
除了在地理研究方面取得巨大成就之外，沈括还是一名多才多艺的科学家。他涉猎天文、历法、音乐、医药及数学等领域，对北极星位置观测也有重要贡献。在晚年的梦溪园中，他总结了一生所学并写成了著作《梦溪笔谈》。此书不仅记载了他自己的研究成果，还记录了当代劳动人民创造发明，其中包括毕升活字印刷技术的发现。这项发明是我国古代四大发明之一，为印刷术提供了解决方式，使得版刻更为方便快捷。
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