自宋真宗之後，宋朝長期依賴每年大量送出的银绢維持與辽朝的暫時和平。然而，辽朝擔心宋朝軟弱，企圖侵占更多土地。在公元1075年，辽朝派大臣萧禧到東京要求劃定邊界。
宋神宗派出談判代表，但在幾天的討論中未能達成一致。萧禧堅稱黃崖山（今山西原平西南）三十里地應該屬於辽朝，而這片土地實際上是由古代議定的邊界文件所證明應歸屬於宋朝。
沈括，被選為新的談判代表，他不僅精通地理學，而且對歷史資料有深入了解。他先前往枢密院查閱過往邊界爭議的檔案，並將其用以支持自己的主張。在呈交給萧禧的地圖上，這些證據清晰無誤，使得辽方無法反駁。
隨後，沈括被任命為正式的使節團成員，以確保他的專業知識和準確的地理信息能夠有效傳遞。此次使節團赴上京（即辽國都城），面對梁益戒等人提出的問題，沈括及其隨行官員們迅速且有力地回應，每一次回答都充滿了事實性質和可靠性。
最終，在沈括堅定不移、理直气壯的態度下，以及他詳細的地形勘察報告及精確的地圖模型展示下，最终促成了雙方達成共識，即同意按照既有的邊界線進行划分。
此外，由於沈括在維護國家安全方面貢獻巨大，他還被授予翰林學士職位，並繼續從事地形調查工作。他甚至曾經假扮打獵者的身份，在定州地區花費二十餘日時間進行深入考察，並製作了一個立體模型來展示當地的地形特征。
回到東京后，他又受命編纂全國地圖，不久遭人诬告而被贬谪。但他並沒有因此放棄，而是在各種困難環境中繼續修訂地图，最终完成了《天下郡国图》，成為當時最為準確的一部全国地图之一。此外，他在多個領域如天文、历法、音乐、医药等方面也展現了卓越才華，并著有《梦溪笔谈》一書，其中記錄了自己研究成果以及當時社會上的許多創新發明。
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