元丰三年五月至五年十月（1080—1082），沈括以龙图阁待制出知延州。他在任虽不足三年，但知人善任、巧于用兵，功绩卓著。政务之余还进行地质考察与科学研究，首次将“延州石液”命名为“石油”，成为中国科学技术发展史上的坐标，为后世所称道。
　　沈括（1031—1095），字存中，浙江钱塘（今杭州）人，进士出身，曾积极参加王安石变法运动，“朝廷新政规划巨细，括莫不预”。变法失败后，沈括受到排挤，被贬到宣州（今安徽宣城）任知州三年。元丰三年（1080）六月，被重新起用，任延州知州兼鄜延路经略安抚使，担负起环庆、鄜延一线的防御重任。
　　当时，延州经过范仲淹、庞籍、种谔等名臣良将的数十年苦心经营，虽然防线比较稳固，但仍战事不息。沈括上任伊始，就用自己的钱买酒，让市井良家子弟骑马射箭，进行角力比赛，凡取胜者，他则亲自斟酒奖励，不几个月，就从众多参加者中挑选了弓马娴熟、武艺超众者千余人补充到军队中，大大加强了边防实力，延州“威声雄他府”。当时，守卫延州边防的有中央禁军，也有地方招募的镇兵或称厢兵，但朝廷凡有慰劳赏赐却只给禁军。沈括认为禁军固然很重要，但无时不与夏军战斗者却是镇兵。慰劳赏赐没有镇兵的份儿是不公平的，也容易引发矛盾。于是，他隐不宣布犒赏文书，而另外筹钱数万缗（缗，穿铜钱的绳子，一缗为1000枚铜钱，俗称一贯）以同等数额赏赐给禁军和镇兵，并通过驿传把他的处理方法上报朝廷。皇帝十分赞同他的做法，认为这是有关部门的过失，如果不是沈括察觉其中利害予以及时纠正，势必影响军队稳定。从此，遇到来不及请示的要紧事务，沈括就相机处理后再报告朝廷。
　　元丰四年（1081）六月，宋朝乘西夏政局不稳之机，部署五路军马，意图从东、西、南几方荡平西夏。九月，鄜延路经略安抚副使、延州总管种谔发本路兵五万四千人及畿内七将兵三万九千人马，共计九万三千大军从绥德城出发，由东路向前推进。沈括留守本路负责稳定后方，保障军需粮草供应。与此同时，西夏也沿鄜延边境屯集重兵伺机而动。沈括自知身系延州安危，夜不解带，昼夜操劳，严防夏兵侵袭。他甚至已把政务委托给副手，如
　　果夏兵乘虚入境，自己便亲自率军上阵。
　　十月，夏军在梁永能带领下乘虚偷袭德靖寨（志丹县城台村），早有准备的沈括趁夏军刚入界即率兵迎击，粉碎了夏军阴谋。
　　不久，夏军数万人合围保安军顺宁寨（今志丹顺宁镇），沈括命前锋李达率千余精兵，押运大批粮草出延州城，佯装援救顺宁，并令军队广为张扬“沈括率重兵随后即到”的消息。夏军不知虚实，准备正面迎战，沈括却另派骁将景思宜率三千精兵，出其不意在夏军侧翼发起猛攻。夏军未加防备，惊慌溃散。沈括旋即乘胜进击西夏境内，攻克摩崖寨，俘男女万余并牛羊三万余。沈括采取积极防御、机动出击的策略保障了延州的安全。
　　种谔率九万大军从绥德城出发后，在米脂寨外、无定河畔与夏军激战，占领米脂后，又势如破竹攻占了银州（今榆林市横山区党岔）、石州（置于今横山区波罗堡），进入西夏重镇夏州（今靖边县统万城）。种谔军虽在黑水城（今内蒙古额济纳旗南）杀夏军一千七百余，但因孤军深入，民夫不堪长途运送之苦纷纷逃走，致使军需粮草不济，不得已退至夏州索家坪。时值十一月，天寒又遇大雪，饥寒交迫的伐夏大军进退不得。军中左殿值刘国仁谎称带兵回去取粮引兵南逃，宋军溃散不能禁。刘国仁所部仓皇入塞，边民骇散。边塞守将有的主张紧闭关门，阻止逃兵入境，有的主张发河东军剿灭。沈括反对自相残杀的错误主张，认为“此皆五州之精甲也，讨之未必能胜；而自毙死士，以骄虏势，非术也”。他亲自安抚逃归的军队并问责刘国仁：“你自称带兵回来取粮，为何不带军符？”刘国仁无言以对，结果只斩了刘国仁一人就平息了这场变乱。宋朝五路大军讨伐西夏，初期仅种谔一军独胜，但最终又因后勤补给不力惨败于灵州城下，鄜延路近十万大军，逃归入塞者仅三万人。
　　十一月，宋军河东路溃兵途经绥州，沈括巧用溃兵败中求胜。他令这些河东路溃兵陈兵绥州，并大张旗鼓放话，声称沈括将率河东路十二将进军征讨。当时绥德东南夏军盘踞的义合、浮图和吴堡（今吴堡县）三座要塞，均有重兵把守，互为犄角。三寨守将见宋军来势汹涌都弃寨而逃。宋军未发一弓一箭连得三砦，为宋军挽回了颜面。
　　元丰五年（1082）三月，沈括侦知西夏宥州观察使格众率三万人屯兵金汤寨，企图乘宋军灵州之败之虚，以金汤为桥头堡，沿洛河南下奔袭鄜州。为了先发制人，沈括命副总管曲珍率步骑两万，扬言东出延州攻取葭芦寨（今佳县老城），西夏军闻讯，遂调重兵东援葭芦寨。曲珍东行不到百里，趁金汤守备空虚之机突然挥师西进，神不知鬼不觉包围金汤。留守金汤的夏军措手不及仓促应战，格众被俘，夏军两千余人被歼。沈括又命宋军两路进击葭芦寨，一举告捷，延州东边西夏诸寨全部被宋军占领。沈括豪情满怀引吭高歌：“天威卷地过黄河，万里羌人尽汉歌。莫偃横山东流水，从教西去作恩波。”沈括以御边之功升为龙图阁值学士。
　　宋军五路攻夏虽惨败于灵州城外，但沈括却指挥延州军民一举攻占银、夏、石、宥诸州和浮图、义合、吴堡、葭芦等西夏堡寨，使西夏丧失了无定河流域大片农业基地和无定河谷的控制权，于是“横山之地沿边七八百里，（夏人）敢耕者二百里”。宋廷朝野上下纷纷计划在新占领的边境建城筑堡。沈括和种鄂认为，“乌延（在今榆林市横山区境）东望延州八十里，西望宥州不过四十里，最为要冲”，建议筑乌延城，以扼夏人南下之路。这一正确主张得到神宗皇帝赞许，派给事中徐禧和内侍李舜举赴延安巡边考察督筑。徐禧到了延州，以钦差大臣自居，滥施淫威，否定了沈括和种鄂的主张，一改初议，决定改筑永乐城，并巧言蛊惑，征得神宗同意。沈括被命移经略府于米脂，种谔留守延州，李稷负责后勤供应。工程于八月十五日动工，九月十日完工，共筑堡寨六座，用工二十三万余，神宗赐名银川寨，俗名永乐城。
　　永乐城地处宥州和横山东出的交通要道，是宋夏必争之地。宋军在此筑城之初，已有西夏数十骑前来窥视，但没有引起徐禧重视。城筑好后刚九天，前沿即报告西夏派二三十万大军前来争城。徐禧先是不相信，后来竟大言不惭道：“若彼即来，是吾立功取富贵之秋也。”遂带李舜举、李稷来守永乐城，结果被西夏三十万大军团团包围。永乐城背山但缺水。夏军围城兵厚达数里，并游骑劫掠至米脂一带。永乐城被围几天后，城内军民渴死者十之六七。沈括从米脂派兵救援，也被西夏军阻隔无法到达。几天以后城陷，死亡蕃汉官二百多人，士兵一万二千三百余名。徐禧、李舜举、李稷等皆死于乱军之中。西夏军攻陷永乐城米脂城以后，又耀兵于绥德城下，被沈括击退。十月，沈括作为永乐城之败的替罪羊，“以措置乖方，责授均州团练副使，随州安置”，结束了他在延州二年零五个月的戎马生涯。
　　沈括在繁忙的军政要务之余，详细考察了陕北的山川形胜、地质、物产等，留下了科学翔实的宝贵资料。被贬到均州之后，他潜心著述，完成了积数十年心血的地理著作《天下州县图》，在元祐二年（1087）亲自进京呈送皇帝。其中，鄜延、环庆地区的地图尤为详细，具有很高的军事价值。次年，他隐居润州（今江苏镇江东郊）梦溪园，完成了闻名中外的科学巨著《梦溪笔谈》。在书中，他记述了对延州石油的科学考察活动，把人们俗称的“延州石液”科学地命名为“石油”，英明预见“此物后必大行于世”。沈括还在延川县延水关附近黄河岸边发现了“竹笋一林，凡数百茎，根杆相连，悉化为石”。根据“延郡素无竹”这一事实，大胆论证延州古地理、古气候变化状况：“无乃旷古以前，地卑气湿，而宜竹邪？”尽管现代科学鉴定沈括发现的化石并非“竹笋”，而是蕨类植物中的新芦木，但他是第一个对化石进行生态描述，并正确指出其为古生物化石的人。这比欧洲的达·芬奇（1452—1519）对化石的论述要早近半个世纪。他对延州古地理、古气候情况的推论，也被现代科学研究所证实。
　　沈括还十分重视对边塞形胜的研究，曾亲自考察丰林故城等古堡寨。《梦溪笔谈》卷一九一记载：“延州故丰林县城，赫连勃勃所筑，至今谓之赫连城，坚密如石，斫之皆火出。其城不甚厚，但马面极长且密。予亲使人步之，马面皆长四丈，相去六七丈。以其马面密，则城不须太厚，人力亦难攻也，予曾亲自攻城，若马面长，则可反射城下攻者。兼密则矢石相及，敌人至城下，则四面矢石临之，须使敌人不到城下，乃为良法……赫连之城，深为可法也。”表现出科学严谨的治学态度和对延州形胜的密切关注。
　　（选自延安地方志丛书、段双印主编的《延安古代历史人物传》）