不知沈括是性情懦弱，还是多思少言，不喜抗辩，他从不违上，甚至还顺竿上树，谄佞媚上，每每回京都是报喜不报忧，极尽攀附之能。变法里面诸多不合理的事项，只要王安石决定要执行的，他无不极力附和。其实新法在执行中已经暴露出了它的弊端，并没有达到“因天下之为，以生天下之财；取天下之财，以供天下之费”的目的，朝廷内外破坏和阻挠变法的势力异常强大且相互勾结，致使新法贯彻不力，民间怨声载道。如果沈括当时能够如实汇报，及时地提醒王安石，那么新法也就不会那么快即废止，大宋的历史或许会驶向另一轨道。

　　熙宁九年（1076年），王安石在守旧势力的疯狂反扑下，第一次被罢相，黯然下台。

　　作为变法派的重要成员，沈括深怕受连累，急于洗白自己，于是反戈一击马上向宰相吴充呈上了一个秘密报告，洋洋万言，历数新法的种种弊端。其变化之迅捷，转向之坚决，不能不使人怀疑他的人品有问题，所以，吴充转身把这秘密报告呈递给了皇帝。

　　如此一来，不仅王安石鄙视沈括，骂他是反复无常的小人，就连神宗皇帝也看不过去，“始恶括之为人”。更有那新、旧党人中的不平之士，见皇帝也讨厌沈括，就投其所好，上书弹劾他，说他出使辽国时出卖了国家利益，辱国失地。实际上，那次边界谈判很成功，只是神宗自己软弱，答应了辽国其他的苛刻条件（如增加岁币等）。但却没有人愿意也没有人出来为他辩诬。沈括只得带着满腹的委屈和咎由自取的悔恨出任宣州（今安徽省宣城）知州去了。

　　三年后，为抵御西夏，朝廷希望借助沈括的军事才能，经略陕右，于是将他改知延州（今陕西省延安一带），兼任鄜延路经略安抚使，主理当地军政事务。

　　在宋朝和西夏的百年对峙中，宋朝总是输多赢少。元丰四年（1081年）十一月，宋军终于在庆州（今甘肃庆阳）一役击溃了西夏军，占地两千多里。神宗大喜，命给事中徐禧、鄜延道总管种谔再于元丰五年八月分兵合击，企图一举解决西夏问题。

　　徐禧建议朝廷在永乐川筑城，以逸待劳，沈括极力附和，说这将是楔入敌方心脏的一颗钉子，可攻可守。神宗遂于元丰五年八月令徐禧修筑永乐城（今陕西米脂西北），城距西夏国首都银州仅25里，“地形险固，三面阻崖，表里山河，气象雄壮”，赐名银川寨。城建之后，西夏以倾国之师来争。高永亨建议徐禧趁敌未稳进行突袭但徐禧犹豫不决，以致大势尽失，又不知以重兵保护水道，仅以万余人列阵城下。西夏军渡河后，立即向宋军发动猛攻，宋军战败，退入城中，永乐遂成孤城。西夏军截断流经城中的河流，宋军渴死者大半，形势非常危急。宋神宗闻报大惊，急令沈括以及监军宦官李宪等人营救永乐城。守卫米脂的沈括欲率军驰援，但得报西夏军数万人正奔袭绥德，危及关中，他便“先往救之，不能援永乐”。最后，永乐城陷，徐禧及李舜举和李稷以下数万官兵全部死难。