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。他首先查閱了歷史文件並確保了解了過去邊界問題，並繪製了一份詳細的地圖以展示他的觀點，這使得萧禧不得不承認自己的主張不可行。
隨著情勢的發展，沈括被任命為出使上京（辽朝都城）的特使。在那裡，他與杨益戒進行了多輪談判，在每個回合中，都能準確、有力的回擊辽方提出的質疑，使得杨益戒最終放棄了他的要求。
返回後，沈括將他收集的地理資料整理成一本完整的地圖，並將其呈交給宋神宗作為勝利證明。由於他的貢獻，他被授予翰林學士職位。此外，他還製作了一個立體模型來表現地形，這種方法比傳統的手繪更具說服力。
雖然他遭受誣陷而被降職，但沈括仍然堅持研究並修正未完成的地圖。他終於在十二年的努力下完成了一部全國最精密的地圖——《天下郡国图》。此外，他也是科學多才多藝的人物，在天文、歷法、音樂、醫藥及數學等領域均有深入研究，其中包括發現北極星位置的一系列觀測紀錄。
晚年時期，他居住在江蘇鎮江附近的地方，即夢溪園，並寫成了著作《夢溪筆談》，其中記載了自己生活中的各種科學發現和創新，以及當代工匠們的技術革新，如活字印刷技術，它是我國古代四大發明之一。但是直至讀者閱讀過沈括書籍的人才知道活字印刷術真正來源于何處。此外，由於他對毕升活字印刷技巧的關注和記錄，使得這項重要科技得到廣泛傳播。
