出使途中绘记了辽国山川险阻及风俗人情，成《使虏图抄》，上於朝廷。
熙寧十年（1077）。沉括出任宣州知州（今安徽宣城）。元丰三年（1080），改任延州知州（今陕西延安）。元丰五年（1082），被诬贬职。
元丰二年（1079），爆发乌台诗案，依王銍《元祐补录》笔记，沉括為诗案相关者，然南宋史家李燾在《续资治通鑑长编》中曾质疑该记载的年月与事实不符，当再考详。)
元祐二年(1087)，他完成了在熙寧九年即已奉命编绘的天下郡县图。定名為《守令图》。
元祐三年，沉括移居到润州（今江苏镇江），将他以前购置的园地，加以经营，名為梦溪园。在此隐居，八年后去世。其间，写成了《梦溪笔谈》，以及农学著作《梦溪忘怀录》（已佚）、医学著作《良方》等。
沉括的著述，据史书记载，有22种，155卷。现在多已不见。只存《梦溪笔谈》、《续笔谈》、《补笔谈》。另外沉括的诗文在南宋时编成《长兴集》41卷，今残存19卷。以及后人所辑的《苏沉良方》。
朱彧在《萍洲可谈》的记载，沉括前后有二任妻子，第二任是淮南转张芻之女。张氏骄蛮兇悍，平时常虐待沉括，将鬍鬚连皮带肉扯将下来，儿女们抱头痛哭。跪求张氏息怒；又驱逐元配之子，年年状告其父子。但是张氏去世后。沉括竟鬱鬱寡欢，过扬子江时，一度跳水寻短，并於隔年去世。
沉括在物理学、数学、天文学、地学、生物医学等方面都有重要的成就和贡献，在化学、工程技术等方面也有相当的成就。
例如：数学方面，他创立了隙积术、会圆术。
物理方面，他发现了地磁偏角的存在，比欧洲早四百多年；阐述了凹面镜成像的原理；对共振现象也有研究。
地学方面，他由雁盪山等地形，认识水的侵蚀作用；从太行山岩石中生物遗迹，推论冲击平原形成的过程。
此外，沉括在文学、音乐、艺术、史学等方面都有一定的造诣。而他突出的成就主要集中在《
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