景祐二年，他由於在蘇州治水有功，第三次被召進東京，授天章閣待製。但這次他又因揭露宰相呂夷簡等人結黨營私、嫉賢妒能的醜行而受到打擊再次被貶，到陝西任職。在送別的途中，他對送行的朋友這樣說：“第一次被貶，你們在送我時說我是此行極光（非常光榮），第二次你們說我是此行愈光（更加光榮），這次你們又稱我此行尤光（尤其光榮），而我這前後已是‘三光’了。”
公元1043年，範仲淹又一次奉詔回京，不久便被提拔為參知政事（副宰相），與富弼、韓琦等人共同主持朝政。這時的北宋王朝階級矛盾異常激化，農民起義接連不斷，邊境夷族又乘虛而入，差不多已成為瓜分豆剖、揭竿而起的境況。為了挽救國家命運，宋仁宗把一向主張改革的範仲淹調回中央委以重任，並請他拿出改革方案，支持範仲淹進行大刀闊斧地改革，並取得了明顯的效果。這是北宋曆史上有名的“慶曆新政”。但沒過多久，他的改革方案又觸及了大地主、大官僚的利益，在他們的反對下，這次改革又一次失敗。隨後，範仲淹又被貶。這次他被貶至鄧州任知州。
範仲淹貶到鄧州後，身體很不好，這時，也就是在範仲淹主辦“花洲書院”的同時，他的好朋友滕子京派人來見他，並送上書信一封。原來滕子京被貶為嶽州的地方官員後，經過一番努力，把當地治理成一個經濟繁榮、安居樂業的地方。於是，他便決定整修江南名樓--嶽陽樓，請自己的好友範仲淹作記。他先畫了一幅嶽陽樓的草圖並附書信一封，派人送至千裏之外的鄧州。
麵對老朋友的千裏求文，範仲淹為了激勵遭到貶黜的朋友們，便一口答應了好友的請求。當晚範仲淹乘著酒興，在花洲書院秉燭執筆，參照嶽陽樓的草圖，他仔細構思起來。當時正值農曆九月中旬，秋高氣爽，菊香飄溢，拿起筆來他頓時思緒萬千。他想到自己的坎坷經曆，想到了自己在鄧州為民做出的一切。他覺得僅僅治理好一個地方是不行的，更重要的是整個國家都富裕了，才能使老百姓真正安居樂業。作為老百姓的父母官，都應該以天下為公，要具有“先天下之憂而憂，後天下之樂而樂”的高貴品質，想到此，他便奮筆疾書，很快寫成了千古名篇《嶽陽樓記》。範仲淹一生中與多位法師交往，於佛法中深有獲益，從他的詩文來看，其思想中頗有與佛教相通的地方，而且他已經開始從佛經中汲取營養，壯大儒學。所以他能以洗練優美的文字將洞庭湖波瀾壯闊的景色描繪得淋漓盡致，並且借景抒情，勸勉失意誌士不要因自己的不幸遭遇而憂傷，要“不以物喜，不以己悲”，擺脫個人得失，做到“先天下之憂而憂，後天下之樂而樂”，這篇名作就是範仲淹一生為人的真實寫照，後來被曆代仁人誌士奉為經典，直到今天仍然閃爍著催人奮進的思想光輝。
範仲淹還是一位頗有戰略思想的軍事家。當時，西夏經常侵犯宋朝的邊境，範仲淹被朝廷派去指揮西北邊境的軍事。他一上任就整頓軍備，使宋軍很快就由被動轉為主動，扭轉了西北戰局。他還十分注意發現人才。他發現一個叫狄青的小軍官作戰有一套方法，就打破常規加以提拔。正是由於範仲淹的無私推薦，狄青才從一個小官迅速成為曆史上有名的人物。