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。萧禧堅稱黃崗山（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無法分割的。面對無理要求而又缺乏證據支持的抗議，宋神宗決定另派沈括負責談判。
沈括，以其精通地理知識和細致周到的工作態度，被選為調解人。他首先查閱了歷史記錄中的邊界文件，並向宋神宗報告了自己的研究結果，這讓宋神宗感到非常滿意，並命令沈括繪製詳細的地圖以展示給萧禧看。
隨著雙方關係惡化，沈括被任命為正式的使者，他帶領一組官員前往辽朝首都上京進行談判。在那里，他使用了大量的地理資料和專業知識來反駁辽方提出的主張，使得杨益戒宰相不得不放棄他的主張。
回國後，沈括繼續他的調查工作，在各地收集資料並製作立體模型，以更好地理解不同地區的地形。他最終完成了一個全新的全国地图——《天下郡国图》，這個作品在當時被認為是最准確的一份中國古代全国地图。此外，他還有其他多方面的貢獻，如天文、历法、音樂、醫學等等。
晚年的沈括居住在江蘇鎮江的一處名叫夢溪園的地方，他將自己一生的研究經驗記錄下來，並寫成了著作《夢溪筆談》。此書不僅包括他自己的發現，也記錄了當時農民智慧和創新技術，其中尤其值得注意的是活字印刷技術由毕升發明的事跡。
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