十一月，仁宗采納範仲淹建議，恢複設置陝西路安撫、經略、招討使，讓範仲淹、韓琦、龐籍分領職事。範仲淹與韓琦在涇州設置官第，將文彥博調到秦州做統帥，滕宗諒調到慶州做統帥，張亢擔任渭州的統帥。
範仲淹作將領，號令清楚，愛護士兵，對於前來歸附的各部羌人，誠懇接納，信任不疑，因而，至元昊向北宋稱臣（慶曆和議），西夏軍隊不敢輕易侵犯他所統轄的地區。
昨夜因看蜀誌，笑曹操、孫權、劉備。用盡機關，徒勞心力，隻得三分天地。屈指細尋思，爭如共、劉伶一醉？人世都無百歲。
少癡騃、老成尪悴。隻有中間，些子少年，忍把浮名牽係？一品與千金，問白發、如何回避？
範仲淹這首《剔銀燈》詞，如果隻是憑寫作風格猜一下作者，恐怕多半要往蘇軾、辛棄疾二人身上想。的確，這太像他們的風格了。這“酒酣耳熱說文章”式格調，後來在蘇辛的集子裏一抓一大把，但是在範仲淹之前的詞人集裏，卻是沒有的。這足以說明，範仲淹對於開拓詞的境界有著非常重要的貢獻。如果詞的風格也可以申請專利的話，他非常有資格成為豪放派詞風的專利人。品味這首詞，我們會感慨，範仲淹也有意誌消沉的時候，而文人們的“精神後花園”往往是在詩和詞裏。
慶曆三年（1043年），元昊請求議和，西方邊事稍寧，仁宗召範仲淹回京，授樞密副使，又擢拔歐陽修、餘靖、王素和蔡襄為諫官（俗稱“四諫”），銳意進取。六月，諫官上言範仲淹有宰輔之才，仁宗欲拜為參知政事，範仲淹推辭不就；慶曆三年（1043年）八月，仁宗罷免副宰相王舉正，再拜範仲淹為參知政事。
仁宗調整輔臣結構後，多次召見富弼、範仲淹等人，征詢天下大事。範仲淹雖感謝皇恩，卻認為事有先後，朝廷陳弊積久，非一朝一夕所能改變。仁宗遂親筆詔書，開天章閣、陳設筆硯、賜坐以待。
範仲淹惶恐不安，退朝後作《答手詔條陳十事》，上疏仁宗“明黜陟、抑僥幸”等十件事。範仲淹針對內憂（官僚隊伍龐大但行政效率低）外患（遼和西夏威脅著北方和西北邊疆）的現狀，上疏《答手詔條陳十事》，提出十項改革綱領，主張澄清吏治、改革科舉、整修武備、減免徭役、發展農業生產等，內容涉及到政治、經濟、軍事、教育、科舉等各個方麵和領域。
仁宗采納，詔書統一頒布，以示天下，隻有府兵法，因輔臣反對而作罷。新政實施的短短幾個月間，政治局麵已煥然一新：官僚機構開始精簡；科舉中，突出了實用議論文的考核，有特殊才幹的人員，得到破格提拔；全國也普遍辦起了學校。
慶曆四年（1044年），範仲淹又上疏仁宗“再議兵屯、修京師外城、密定討伐之謀”等七事，並奏請擴大相權，由輔臣兼管軍事、官吏升遷等事宜，改革廣度和深度進一步增加。新政實施後，恩蔭減少、磨勘嚴密，希圖僥幸的人深感不便，於是毀謗新政的言論逐漸增多，指責範仲淹等是“朋黨”的議論再度興起。六月，邊事再起，範仲淹請求外出巡守，仁宗任命為陝西、河東宣撫使。
慶曆五年（1045年）正月，以夏竦為首的反對派攻擊革新派為“朋黨”，仁宗外放範仲淹、富弼等大臣，隨著範仲淹、富弼等大臣的離京，曆時僅一年有餘的新政也逐漸被廢止，改革以失敗告終。
新政雖隻推行一年，卻開北宋改革風氣之先，成為王安石“熙寧變法”的前奏。
慶曆六年（1046年），範仲淹抵達任所鄧州，重修覽秀亭、構築春風閣、營造百花洲，並設立花洲書院，閑暇之餘到書院講學，鄧州文運大振。時尹洙被貶筠州，疾病纏身，範仲淹便把尹洙接到鄧州養病。
慶曆八年（1048年），有詔調範仲淹知荊南府，鄧州人民殷切挽留，範仲淹也喜歡鄧州，就奏請朝廷，得以留任。範仲淹在鄧州共計三年，百姓安居樂業，其傳世名篇《嶽陽樓記》及許多詩文均寫於鄧州。
皇祐元年（1049年），範仲淹調任杭州。子弟以範仲淹有隱退之意，商議購置田產以供其安享晚年，範仲淹嚴詞拒絕。十月，範仲淹出資購買良田千畝，讓其弟找賢人經營，收入分文不取，成立範氏義莊，對範氏遠祖的後代子孫義贈口糧，並資助婚喪嫁娶等用度。
皇祐三年（1051年），範仲淹升為戶部侍郎，調往青州，因冬寒病重，求為潁州。
皇祐四年（1052年），調任潁州，範仲淹扶疾上任，行至徐州，與世長辭，享年六十四歲。十二月，葬於河南洛陽縣尹樊裏萬安山下，仁宗親書“褒賢之碑”，贈兵部尚書，謐文正，追封楚國公。