自宋真宗之後，宋朝長期依賴每年送大量的銀絹維持與辽朝暫時和平共處的局面。然而，辽朝對宋朝軟弱態度不屑，企圖進一步侵占宋地。公元1075年，辽朝派大臣萧禧至東京要求劃定邊界。
宋神宗命大臣與萧禧進行談判，但雙方爭論數日未能達成一致。萧禧堅稱黃土山（今山西原平西南）三十里土地應屬於辽國，而當時談判的大臣並不熟悉該地區的地形且無法反駁其主張。為了此次談判成功，宋神宗特派沈括出使。
沈括，以杭州錢塘人聞名，是王安石新法的支持者之一。他以細致認真的工作風格和對地理學的精通著稱。在前往枢密院之前，他先行查閱過去議定的邊界文件，並確保了那些土地實際上屬於宋朝。他將這些發現報告給了宋神宗，這讓神宗非常高興，並決定讓沈括繪製地圖來證明自己的觀點。
隨後，沈括被派往辽朝首都上京（今內蒙古自治區巴林左旗南），在那裡他收集了大量的地理資料，並叫他的隨從官員背下相關知識。此次出使中，他與辽宰相杨益戒就邊界問題進行交涉。在充分準備下，他們以事實和證據回擊杨益戒的質疑，使得後者的態度變得更加冷淡。
最終，在沈括堅持立場並展示自己豐富地理知識的情況下，大量 込要求撤回。不久之後，由於某些誤解和政治因素影響，被貶謫到隨州（今湖北随县）。在那裡，他繼續修訂尚未完成的地圖，最终花費十二年完成了一個詳細全面的《天下郡国图》，這是當時最為精確的地圖之一。
除了在地理研究方面取得卓越成就外，沈括還是一位多才多藝的人物。他對天文、歷法、音樂、醫藥及數學等領域都有深入研究。在司天監任職期間，他改革了工作流程並增添新的儀器，以便更正確地觀測北極星位置。此外，在晚年的家居生活中，即在江蘇鎮江夢溪園中，他記錄了一生的研究成果并寫成了著作《夢溪筆談》。
書中不僅記載了他的個人研究結果，也包括當代人民創造發明中的許多佳例，其中尤以毕升活字印刷技術而聞名。我國古代四大發明之一——印刷術，在北宋之前已經有雕版印刷術存在，但它需要重新刻版才能改動一個字。而毕升使用細小粘土製作活字，可以輕易修改文字，這種方法比傳統雕版更為便捷。沈括見證并理解到了這項革新，并將其紀錄在《夢溪筆談》內，使得后世人才知道活字印刷术如何誕生。
