王安石隨后上本朝百年無事札子，闡釋宋初百余年間太平無事的情況與原因，指出當時危機四伏的社會問題，期望神宗在政治上有所建樹，認為“大有為之時，正在今日”。神宗采納王安石的相關主張，并要求其盡心輔佐。
熙寧二年二月，宋神宗任命王安石為參知政事，王安石提出當務之急在于改變風俗、確立法度，提議變法，神宗贊同。
為指導變法的實施，便設立制置三司條例司，統籌財政。
同年四月，遣人察諸路農田、水利、賦役；七月，立淮浙江湖六路均輸法；九月，立青苗法；十一月，頒農田水利條約。而后，在接下來的幾年當中相繼頒布募役法、保甲法，方田均稅法，并改革科舉制度。
王安石變法的目的在于富國強兵，借以扭轉北宋積貧積弱的局勢，鞏固地主階級的統治。
然而，變法觸犯了保守派的利益，遭到保守派的反對。
法令頒行不足一年，圍繞變法，擁護與反對兩派就展開了激烈的論辯及斗爭，史稱“新舊黨爭”。
韓琦上疏規勸神宗停止青苗法，在反對派的巨大壓力下，神宗打算同意，執政曾公亮、陳升之等乘機附和，王安石雖多方辯駁，神宗仍然認為應聽取各方面的建議。
隨后，王安石稱病在家，繼而請求辭官歸隱。韓絳等規勸，神宗挽留王安石，王安石遂陳數朝廷內外諸官互相依附勾結的情況，進言神宗要不畏流俗，心懷天下。
熙寧四年，開封百姓為逃避保甲，出現自斷手腕現象，知府韓維報告朝廷，王安石認為施行新政，士大夫尚且爭議紛紛，百姓更容易受到蠱惑。神宗則認為應聽取百姓之言。
熙寧七年春，天大旱，久不雨，朝內外守舊勢力以“天變”為借口，又一次掀起對變法的圍攻；免役錢激起群情洶洶、民心不穩，神宗憂形于色，寢食不安。
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安上門監鄭俠繪東北流民圖以告急文件特進。神宗反復觀圖，竟夕不眠，認為“天變”不是小事，是因人事不修所致。
司馬光又上應詔言朝廷闕失狀，隨著改革深入，變法最大的支持者宋神宗發生動搖。同年四月，神宗的祖母曹太后和母親高太后亦向神宗哭訴“王安石亂天下”。宋神宗對變法產生懷疑，罷免了王安石的宰相職務，使變法遭受重挫。熙寧八年，王安石再次拜相，但已經得不到更多支持，加上變法派內部分裂、宋神宗的動搖，變法很難繼續推行下去。
元豐八年，宋神宗去世。
宋哲宗即位初，高太后垂簾聽政，起用司馬光為宰相，新法幾乎全被廢掉，史稱“元祐更化”。