自宋真宗之後，宋朝長期以大量的银绢作为贡品，以维持與辽朝的和平共存数十年。然而，辽朝利用宋朝的软弱态度，不断寻求侵占宋地。公元1075年，辽国派大臣萧禧到东京，与宋神宗谈判边界问题。
在这场谈判中，萧禧坚持要求黄嵬山三十里一带归属辽国，而宋神宗则无从回击，因为大臣们对该地区地形不熟悉。在这种情况下，沈括被任命为新的谈判代表，他不仅精通地理，更擅长细致认真处理事务。他先后查阅了历史边界文件，并向宋神宗详细汇报，最终证明那片土地应属于宋朝。
随后，沈括又被派往上京（辽国都城）进行正式出使。在那里，他收集了大量的地理资料，并让随行官员背诵，以备不时之需。当杨益戒与他就边界问题交涉时，沈括及其随员们以有力有据回答，使杨益戒无法找到漏洞。
最终，在沈括坚定的态度面前，被迫放弃无理要求的辽方退步。回到东京后，由于其立功表现显著，他被授予翰林学士职位。这段经历再次证明了沈括的地图制作能力以及对维护国家安全的重视。
此外，在定州巡视期间，沈括伪装打猎，却实际上是深入考察当地的地形。他还亲手制作了一份木制模型来展示这些地形，这比传统纸质地图更为直观清晰。此举引起了皇帝的兴趣，从而促成了全国性的测绘项目。而尽管遭遇诬告并受贬，但他仍然继续修订未完成的地图，最终完成了《天下郡国图》，成为当时最准确的一本全国性地图。此外，还因为他的多才多艺，被誉为研究兴趣广泛、科学家身份的人物之一。
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