1073-1074年（熙宁六年至七年）：任军器监，改进弓弩射程，创抛物线测算法，着《弩机要略》

外交建功期（1075-1076）

1075年（熙宁八年）：44岁，任回谢辽国使， 六轮谈判驳斥辽国索地要求，保全宋辽边境现状

1076年（熙宁九年）：45岁，着《使契丹图抄》，阴山山脉测绘误差仅百步，

西北经略期（1080-1082）

1080年（元丰三年）：49岁，任延路经略安抚使， 设计连环寨防体系，发现竹笋化石推断古气候

1081年（元丰四年）：50岁，指挥米脂寨战役，创三军轮戍补给法，发现石油并预言其价值

贬谪着述期（1082-1095）

1082年（元丰五年）：51岁， 永乐城之败牵连贬谪，开始流放均州生涯

1082-1087年（元丰五年至元佑二年）：贬谪期间，完成《守令图》，创飞鸟直达法

1088年（元佑三年）：57岁， 移居润州梦溪园，开始编纂《梦溪笔谈》

1088-1093年（元佑三年至八年）：梦溪园时期，提出雁荡山流水侵蚀说，记录磁偏角现象，保存毕昇活字印刷术。

晚年医着期（1091-1095）

1091-1094年（元佑六年至绍圣元年）：与苏轼合着完成《苏沈良方》，提出治病五难理论，发明秋石阴阳炼法

1095年（绍圣二年）：64岁，秋病逝于梦溪园，葬钱塘安溪太平山