积极参与王安石变法

沈括入仕不久，即值王安石推行变法。当时北宋政权冗官、冗兵、冗费问题极其严重，内部财政危机重重，外有强敌侵逼，处于内外交困的境地。王安石在“上仁宗皇帝言事书”中，曾精辟地概括当时北宋王朝面临的严峻局势，说：“顾内则不能无以社稷为忧，外则不能无惧于夷狄。天下财力日以穷困，而风俗日以衰坏，四方有志之士，■■然常恐天下之久不安”。为了富国强兵，王安石推行了变法，在科举制度、军事建设、农业制度、工商管理等方面，实行一系列改革，试图解决北宋政权积弱积贫的问题。

沈括积极参与了王安石变法，成为变法中的一个重要骨干。变法派的政敌蔡确曾把沈括列为王安石的亲党，说“朝廷新政规画，巨细括莫不予”。沈括参与变法的活动，主要有：

视察治汴工程。汴河水利是王安石农田水利法中的一个重点工程，包括开辟淤田和疏浚汴渠二个部分。工程于熙宁二年(1069)开展之后，取得了一定的成效，但也招致了反对派的攻击。熙宁五年，沈括被诏令为治汴工程的提举，身负治汴和视察双重职责，前往考查。通过实地考察，他从治汴的历史和现状，说明了该项工程的必要性，有力地支持了变法派的这一措施。
察访两浙。熙宁六年，在王安石的保举下，沈括奉命出访两浙，相度两浙农田水利、差役诸使，兼察访。他通过实地考查，大力支持兴修两浙水利工程，并在两浙地区推行变法的重大措施保甲法和青苗法。
察访河北西路。熙宁七年，沈括被任命为河北西路察访使，兼提举该路保甲。河北西路包括今河北、河南二省的黄河以北地区，是当时宋辽接壤之地。他出使的主要职责，实际上是视察和整顿边防。在不到半年的时间内，他向朝廷提出建议 31 项，作了大量兴利除弊的工作。特别是在兴修边防设施，推行保甲法，加强边防等方面，他都做出了贡献。
兼判军器监。军器监是变法中为改变兵器制造的差劣状况而设立的重要机构。熙宁七年九月，正在河北西路察访的沈括，被任命为兼判军器监。他在任职军器监不到二年的时间内，兵器生产的数量和质量都有很大提高，为加强军备发挥了重要作用。同时，他还潜心研究阵法和城防，重

订《九军阵法》，讨论兵车制度，编纂《修城法式条约》，在军事理论方面做出了贡献。

主持全国财政。熙宁八年十月，沈括被任命为权发遣三司使。三司是当时主管全国财政的最高机构，三司使“掌邦国财用之大计”，职高任重。在任职三司约一年又八个月的时间内，他推行新法，采取了多项改革措施，特别是改革盐钞、讨论钱币、讨论役法，为改善北宋政权的财政状况做了大量的工作。