王安石離開朝廷後，神宗繼續主持新法，直到神宗去世，整整十年間，新法由神宗一人力行。這一時期的變法已從前期的理財為主轉為改革官製與強化軍兵保甲為主。神宗對新法作了一些改變，王安石在位時的新法以抑製兼並為中心，神宗的改製則著力於加強宋王朝的國家機器。
神宗當時30歲，正是而立之年，而且經過幾年的執政，他也積累了一些實際經驗，在政治上漸趨成熟。首先，神宗對官製進行改革，實行三省六部製，並對樞密院、九寺五監、監察機構等進行了適當的改革。宋初設置大量的機構，是為了使宰相宋代武士複原圖和各部的權力分散，並相互牽製，以便皇帝能夠大權獨攬。到神宗時，宋朝已建立百年之久，其統治早已鞏固，這時迫切需要建立較為集中統一的行政體係，使皇帝有時間和精力去改變積貧積弱的局麵。經過一係列的改革，新官製更有利於君主專製的中央集權，其基本製度一直實行到宋朝末年，未做大的變動。官製改革後，神宗繼續推行新法，采用免役法等以增加政府的財政收入。到元豐七年（1084），所收的役錢比熙寧年間多三分之一。神宗在推行新法的過程中，其富國強兵的總目的與王安石是一致的。但在抑製兼並這一點上，他沒有王安石堅決，一旦遇到強烈反對，往往中途動搖。神宗既想增加財政收入，又不願損害上層既得利益者的利益，結果，隻有將負擔轉嫁到下層人民身上。
自真宗以來，宋對遼和西夏一味妥協，神宗對此慨歎萬分。他立誌要統一中國。在位期間，神宗親自主持了兩次大的軍事行動，一是對交趾的反擊戰，一是對西夏的進攻。
交趾位於今越南北方地區，從宋仁宗末年以來，不斷向宋朝邊境進行劫掠。大中祥符三年（1010），交趾李朝建立，不斷侵擾廣西沿海。熙寧八年（1075）冬，交趾集十萬重兵，由水陸兩路進攻今廣西。水路由輔國大尉李常傑統領，從永安（今越南芒街）渡海攻克欽、廉（今廣西合浦）二州。陸路由宋為亶率領，從機榔猛撲太平（今廣西崇左境）、水平（今廣西寧明境）二寨，進圍邕州（今廣西南寧）。宋知州蘇緘率兵民守城40餘日，最後自焚殉國。交趾破城後，殺害當地居民5.8萬餘人。其後，宋以郭逵統兵反擊，於次年十二月，逐交趾軍出欽、廉、邕3州。大中祥符十年（1017）二月，宋軍收複廣源州（今廣西靖西南部與越南交界處），追至富良江，宋軍以拋石機發射石子，擊毀交趾軍戰船，大敗交趾軍，俘獲了李朝太子李洪真。交趾王李乾德投降，被迫向宋上表謝過，繼續納貢。宋從此不再受交趾的侵擾。
西夏文字然而神宗對西夏的用兵，形勢卻大為不相同。熙寧六年（1073），王韶率領宋軍進軍1800裏，占領了宕、岷、疊、洮等州，招撫大小藩族30餘萬帳。這是自北宋開國以來對遼、夏戰爭中的空前大勝。元豐四年（1081），西夏惠宗欲將河、洮等州黃河以南的土地還給宋朝。梁太後反對，將惠宗囚禁。鄜延副總管種諤於是上疏宋神宗，認為攻夏時機已到。宋神宗為其所動，決定攻夏。元豐四年七月，宋神宗命李憲為主帥，出熙河路；高遵裕出環慶路，劉昌祚出涇原路，受高遵裕節製；王中正出河東路，種諤出鄜延路，受王中正節製；五路並進，會師靈州（今寧夏青銅峽東）。
這五路將領中，李憲與王中正是宦官，高遵裕是外戚（宋神宗的外叔祖），都是神宗至近的人，不懂得軍事指揮。宋神宗如此用人，其結果也就不言自明了。
八月，宋軍開始行動。種諤率軍9萬餘攻克米脂城。十月，兵至石州（今陝西橫山東北），因軍糧不繼，又遇大雪，將士凍餓而死之人很多，大軍潰敗，生還者僅3萬。王中正率部渡無定河北行，入宥州（今內蒙古烏審旗西南），糧草斷絕，死亡達2萬人，潰不成軍。高遵裕率部近9萬，十月進抵韋州（今寧夏同心東北），也因軍糧不繼，紮營旱海等待接濟。劉昌祚率蕃漢兵5萬，在宋夏邊境擊退西夏3萬兵馬的阻擊，十一月，先於高遵裕部至靈州城下，前鋒幾乎奪門而入。但高遵裕為奪頭功，不許劉昌祚攻城，白白坐失了良機。隨後，高遵裕指揮圍城18天，久攻不下。其時，西夏軍決黃河以灌宋營，並斷了宋軍糧道。大批宋軍凍溺而死，生還者僅一萬三千餘人。身為主帥的李憲統兵十餘萬，在九月收複蘭州古城後，卻按兵不動，十一月才進抵天都山（在今寧夏海原境）。此時高遵裕、劉昌祚已敗，宋代攻、守城器械李憲於是接詔回師。靈州之役，宋軍也並非一無所獲。宋軍在東北方向取得了米脂等四寨，打通了北進橫山的通道；在西北方向控製了蘭州，擴大了從腹背壓迫西夏的範圍。但相比之下，宋軍付出的代價實在太大了。
靈州慘敗，宋神宗並不服輸。元豐五年（1082），鄜延路經略安撫使沈括與副使種諤建議在橫山一帶築城，作為進擊西夏的前沿陣地。宋神宗即派給事中徐禧與宦官李舜舉前往經營。徐禧到後，認為永樂（今陝西米脂西北）可以築城。沈括與種諤則認為永樂易攻難守，不宜築城。徐禧不聽，八月十五日開始築城，14天後完工，宋神宗賜名“銀川寨”。十餘日後，西夏發兵數10萬攻打永樂城。當時守城宋軍僅3萬。沈括建議棄城誘敵；大將高永能建議在西夏軍尚未成列時出擊；將領曲珍建議在西夏鐵鷂子軍渡河將半時出擊。但是，三人的建議均遭徐禧否決。不久，永樂城水源被西夏軍切斷。曲珍又建議宋先襲擊西夏軍最後麵的老幼，再遭徐禧否決。城中斷水，渴死的人占百分之六七十。九月二十日，西夏軍攻破永樂城，宋軍幾乎全軍覆沒，徐禧、李舜舉、高永能死於亂軍之中。
前線的敗報傳到宋朝廷，神宗悲痛難忍，竟臨朝大哭。從此，神宗徹底喪失了先前的雄心，仍舊維持原來對西夏的和議，每年向西夏交納財物。西北邊境軍事上的失敗，使神宗在精神上受到了沉重的打擊。他夜不能寐，一病不起。元豐八年（1085）三月五日身染重病的神宗去世。在位計18年。
宋神宗即位之初，雄心不已，一心想使國富民強，並且大力支持王安石變法，使國力得到提升，經濟得到了發展。但其缺乏雄才大略，魄力不足，不敢沿著變法的路線繼續走下去，致使變法中途而廢，最終壯誌未酬而身先死，不能不令人歎息。