元丰五年九月（公元一〇八二年秋），陕北。五十多岁的沈括站在永定河边，进退两难。他是延州（今陕西延安）知州、鄜延路经略安抚使，负责这一路对西夏的防务。一个月前，朝廷派来节制军事的给事中徐禧力主在永乐埭（今陕西米脂西北）筑城，沈括起初不同意，认为那里离后方太远、补给困难、敌军必争，可他没有坚持到底。城刚筑成十四天，西夏三十万大军就围了上来。
九月九日，西夏军猛攻永乐。徐禧带兵两万五千入城救援，让沈括留守米脂。城被围死，水源被截断，守城士兵绞马粪汁解渴，渴死大半。沈括曾率兵一万前去支援，却被西夏军挡在永定河东岸；紧接着又传来八万羌兵偷袭绥德的消息。他权衡再三，忍痛放弃永乐，回保绥德。另一位大将种谔因为当初反对筑城遭徐禧排挤，这时候也托词不肯出兵。九月二十日，永乐城陷落，徐禧等将士殉国，宋军损失一万多人，谋图横山的战略彻底失败。
这是沈括一生的转折点。十月，朝廷以「议筑永乐城，敌至却应对失当」为由，把他贬为团练副使，随州安置，行动受到限制，实际上结束了他二十多年的仕途。这个曾经在王安石变法中办差、出使辽国据理力争争回土地、管过司天监也管过财政的能臣，从此离开了政治舞台。
但对中国文化来说，这未必是坏事。元祐四年（一千零八十九），沈括搬到早年在润州（今江苏镇江）买下的梦溪园隐居，自号梦溪丈人。他在《自序》里说，退居林下后深居简出，平日交谈的只有笔和砚，想到什么就随手记下，所以书名叫《笔谈》，后人冠以「梦溪」二字。这部《梦溪笔谈》按内容分故事、辩证、乐律、象数、技艺、器用、杂志、药议等十七门，约六百条，记录了他平生的见闻与研究。
书里有两样东西格外珍贵。一是他自己的科学发现：他改进浑仪、浮漏，记述指南针的四种用法，还指出磁针「常微偏东」、不全指正南——这是世界上关于地磁偏角的早期记载；他根据太行山崖壁上的螺蚌壳推断海陆变迁，又把陕北那种「生于水际」「惘惘而出」的脂水命名为「石油」，预言「此物后必大行于世」。二是他为小人物留下的记录：卷十八「技艺」门里，用大约三百字记下了布衣毕昇用胶泥刻字、火烧成活字、排版印刷的方法。这是关于毕昇泥活字唯一的同时代记载，是一条孤证——今天我们能知道活字印刷术的发明者叫毕昇，全靠沈括这一笔。
《梦溪笔谈》不是一次写成的，研究者一般把成书系于元祐年间（约一千零八十六至一〇九三年），书中部分条目可能更早。绍圣二年（一千零九十五），沈括在梦溪园去世，终年六十五岁。英国学者李约瑟称这部书是「中国科学史上的里程碑」。一个在永定河边做了艰难抉择、随后被仕途抛弃的人，转身用一支笔，把一个时代的科技成就抢救进了纸里。
❝永乐城的败绩结束了他的官运，梦溪园的笔谈却留住了一个时代的智慧——连毕昇的名字，都是靠他这三百字才没被忘掉。❞