家贫出孝子，国难思良将。宝元元年(1038年)，原本臣服于北宋的党项族首领元昊，自称皇帝，建立西夏国，并调集十万军队，侵袭北宋西北重镇延州，即今陕西延安。一时，西北边陲狼烟四起，在西夏的进攻下，宋军节节败退，延州北部数百里沦陷。宋仁宗终于想到了范仲淹，吕夷简也与他冰释前嫌，1040年，恢复他天章阁待制的职衔，旋即又以龙图阁直学士的职衔任陕西经略安抚副使兼延州知州，成为北宋镇守西北的副帅。
在边疆，范仲淹亲临前线视察，他改革了宋朝将领不识军士，士兵不熟悉将领的军阵体制，亲自挑选士兵、选拔将官，严格进行军事训练。他听从下级军官的意见，采取积极的防御策略，在边境沿线筑城并修建堡寨，开展边境贸易和招民耕种。范仲淹治军号令严明，西夏人言“小范老子，胸中自有数万甲兵”，经过了数次教训，宋仁宗也非常信任范仲淹，凡有所请无不恩准。这期间，发生了所谓“擅改国书”事件。西夏国在向宋朝上书时，言语不雅，范仲淹当着使者的面修正后将原书信焚毁。有些大臣甚至主张应将范仲淹斩首，仁宗皇帝不听，只将他贬为户部员外郎，任耀州知州，随之改为庆州知州，环庆路经略安抚使、缘边招讨使，仍然镇守西北边疆。他率部出其不意，深入敌境，几天的时间筑起了大顺城，成为稳定边防的堡垒。
庆历三年(1043年)，鉴于局势稳定。宋仁宗将范仲淹调回京师，出任枢密副使。不久，在欧阳修等人的举荐下，晋升参知政事即副宰相。在宋仁宗的支持下，以范仲淹为主，韩琦、欧阳修、富弼等朝廷重臣协助，以增加国库收入，恢复国家稳定，实现持久繁荣为目的，实施变革。宋仁宗反复追问他治国方略，又亲自下手诏咨询，范仲淹于是上《答手诏条陈十事》，向仁宗皇帝提出了十项改革主张。宋仁宗皇帝以诏书的形式通令全国予以执行，这就是著名“庆历新政”，庆历革新运动为后来的王安石变法吹响了号角。
庆历五年(1045年)初，支持变革，希望通过变革励精图治的仁宗，在保守势力的抵制下退缩，下诏废弃一切改革措施。正巧西北边疆有警报，范仲淹请求巡查边塞，于是以参知政事任河东、陕西宣抚使。范仲淹离开京城，攻击他的人更加变本加厉，他则请求辞去参知政事职务，庆历六年(1046年)，范仲淹被贬为资政殿学士、陕西四路宣抚使、邠州知州，后转任邓州知州。皇祐元年(1049年)，任杭州知州并升迁为户部侍郎，适逢荒年，他帮助百姓渡过难关，留下了好名声。皇祐三年(1051年)，再调任青州知州，在上任的途中，他路过长山，会见了故乡的亲人。他礼参乡亲甚恭，留下了“礼参”的美好地名，他还留下了一首非常著名的诗《留别乡人》：“长白一寒儒，荣归三纪余。百花春满路，二麦雨随车。鼓吹罗前部，烟霞指旧庐。乡人莫相羡，教子苦读书。”在青州时间不长，因为病重，他请求调到一个比较轻松的地方，免得耽误政事。皇祐四年(1052年)，调往颍州担任知州，未及到任，病逝于徐州。
范仲淹在滨州留下了许多动人的故事和传说。其中划粥断齑、窖金捐僧最为著名。
第一，划粥断齑。范仲淹在邹平县长白山醴泉寺读书的时候，生活非常艰苦。他熬上一盆稀粥，经过一个晚上的凝固，第二天就划成四块，这便是“划粥”，早晚各取两块食用。佐餐的菜蔬就是自然生长的野菜。他把野菜弄碎，拌上油盐就餐，这便是“断齑”。醴泉寺读书三年，范仲淹就这样过着“划粥断齑”的清苦生活，划粥断齑成语故事就是由范仲淹而来。
第二，窖金济僧。范仲淹在醴泉寺读书的时候，生活清苦，有一天晚上，他发现一只黄色的老鼠把他的饼子给叼走了。他跟着小老鼠去追，追到一颗荆树底下，老鼠钻进鼠洞，他扒开一看，竟然有一坛金子!后来，一只白色老鼠叼走了他的饼子，又发现一坛银子。范仲淹皆分文不取，掩埋如故。30年后，醴泉寺失火，而范仲淹这时已是天下闻名了，正驻守在延州，于是，寺里派人找到他，希望他资助银两，重修寺院。范仲淹将来人款待了几天就打发回来了，临别时赠送主持一包茶叶并附带一封信，而对于资助修建寺院之事则只字未提。主持听说只带来茶叶和书信，心有不满，也未打开就放在一边。几天后，县令来查看灾情，正好没有茶叶，就顺手打开范仲淹送来的茶叶和书信，信中有一首诗：“荆东一池金，荆西一池银。一半修寺庙，一半济僧人。”按照范仲淹信中的指点，果然挖出了金子和银子。
