沈括帶著隨員從遼朝回來，一路上，每經過一個地方，把那里的大山河流，險要關口，畫成地圖，還把當地的風俗人情，調查得清清楚楚。回到東京以后，他把這些資料整理起來，獻給宋神宗。宋神宗認為沈括立了功，拜他為翰林學士。

　　沈括為了維護宋朝邊境的安全，十分重視地形勘察。有一次，宋神宗派他到定州（今河北定縣）去巡視。他假裝在那里打獵，花了二十多天時間，詳細考察了定州邊境的地形，還用木屑和融化的蠟捏制成一個立體模型。回到定州后，沈括要木工用木板根據他的模型，雕刻出木制的模型，獻給宋神宗。這種立體地圖模型當然比繪制在紙上的地圖更清楚了。

　　宋神宗對沈括畫的地圖和制作的地圖模型很感興趣。第二年，就叫沈括編制一份全國地圖。但是不久，沈括受人誣告，被朝廷貶謫到隨州（今湖北隨縣）去。在那里，環境雖然很困難，但是他堅持繪制沒有畫完的地圖；后來，他換了幾個地方的官職，也是一面考察地理，一面修訂地圖，堅持了十二年，終于完成了當時最準確的一本全國地圖——《天下郡國圖》。

　　沈括不但在地理研究上作出了出色的成就，而且是個研究興趣很廣泛的科學家。他在天文、歷法、音樂、醫藥、數學等方面，都十分精通。他很早就研究天文歷法。后來，他擔任司天監的工作，發現在那里工作的人，不少是不學無術的人，不懂得用儀器觀測。他到了司天監以后，添置了天文儀器。為了觀察北極星的位置，他一連三個月，每天夜里用渾天儀觀察，終于計算出北極星的正確位置。

　　沈括晚年的時候，閑居在潤州（今江蘇鎮江）的夢溪園。他把一生研究的成果記載下來，寫了一本著作《夢溪筆談》。在那本書里，除了記載他自己研究的成果以外，還記錄了當時勞動人民的許多創造發明，其中特別有名的是畢升的活字印刷技術。

　　印刷術是我國古代四大發明之一。在北宋之前，已經有了雕板印刷術。但是雕板花工夫大，而且刻好一塊木板，要改動一個字，就要全部重刻。沈括在他錢塘老家看到一位老工匠畢升，用一種很細的粘土，做成許多小塊，刻上字后放在窯里燒硬，成為一個個活字。用這種活字排版印刷，比雕板印刷方便多了。沈括看到這件新鮮事，十分感興趣，就進行詳細的觀察和了解，還把畢升的發明，記載在他的《夢溪筆談》里，后代的人讀了他的書，才知道活字印刷術的來歷。