自宋真宗之后，宋朝依靠大量银绢维持与辽朝的和平关系，但辽朝不满宋软弱，欲扩展领土。公元1075年，辽使萧禧来到东京要求界定边界。神宗派大臣与谈判，但无果。沈括受命出使，上奏地图证明土地属于宋，并成功解决争议。
沈括曾是新法支持者，以其细致认真著称。他利用枢密院资料驳斥萧禧主张的无理要求，神宗对此大为高兴。
随后，沈括被派往上京，与杨益戒就边界问题进行谈判。面对辽方蛮横态度，他坚定回应，最终达成共识。在此过程中，他收集了大量地理资料，并让随从官员背诵，以备不时之需。
返回东京后，他被授予翰林学士职位，其在维护边境安全方面的贡献得到认可。此外，他还制作了一系列精确的地图模型，为编制全国地图奠定基础。但因诬告，被贬谪至随州。在流放期间，他继续修订地图，最终完成了《天下郡国图》——当时最准确的地理书籍之一。
沈括不仅在地理研究领域取得巨大成就，还涉足天文、历法、音乐、医药及数学等多个领域。他晚年居润州梦溪园，将一生所学记于《梦溪笔谈》中，其中包括毕升活字印刷术的发明。这项技术是中国古代四大发明之一，对印刷业产生深远影响。
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