王安石随后上本朝百年无事札子，阐释宋初百余年间太平无事的情况与原因，指出当时危机四伏的社会问题，期望神宗在政治上有所建树，认为“大有为之时，正在今日”。神宗采纳王安石的相关主张，并要求其尽心辅佐。
熙宁二年二月，宋神宗任命王安石为参知政事，王安石提出当务之急在于改变风俗、确立法度，提议变法，神宗赞同。
为指导变法的实施，便设立制置三司条例司，统筹财政。
同年四月，遣人察诸路农田、水利、赋役；七月，立淮浙江湖六路均输法；九月，立青苗法；十一月，颁农田水利条约。而后，在接下来的几年当中相继颁布募役法、保甲法，方田均税法，并改革科举制度。
王安石变法的目的在于富国强兵，借以扭转北宋积贫积弱的局势，巩固地主阶级的统治。
然而，变法触犯了保守派的利益，遭到保守派的反对。
法令颁行不足一年，围绕变法，拥护与反对两派就展开了激烈的论辩及斗争，史称“新旧党争”。
韩琦上疏规劝神宗停止青苗法，在反对派的巨大压力下，神宗打算同意，执政曾公亮、陈升之等乘机附和，王安石虽多方辩驳，神宗仍然认为应听取各方面的建议。
随后，王安石称病在家，继而请求辞官归隐。韩绛等规劝，神宗挽留王安石，王安石遂陈数朝廷内外诸官互相依附勾结的情况，进言神宗要不畏流俗，心怀天下。
熙宁四年，开封百姓为逃避保甲，出现自断手腕现象，知府韩维报告朝廷，王安石认为施行新政，士大夫尚且争议纷纷，百姓更容易受到蛊惑。神宗则认为应听取百姓之言。
熙宁七年春，天大旱，久不雨，朝内外守旧势力以“天变”为借口，又一次掀起对变法的围攻；免役钱激起群情汹汹、民心不稳，神宗忧形于色，寝食不安。
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安上门监郑侠绘东北流民图以告急文件特进。神宗反复观图，竟夕不眠，认为“天变”不是小事，是因人事不修所致。
司马光又上应诏言朝廷阙失状，随着改革深入，变法最大的支持者宋神宗发生动摇。同年四月，神宗的祖母曹太后和母亲高太后亦向神宗哭诉“王安石乱天下”。宋神宗对变法产生怀疑，罢免了王安石的宰相职务，使变法遭受重挫。熙宁八年，王安石再次拜相，但已经得不到更多支持，加上变法派内部分裂、宋神宗的动摇，变法很难继续推行下去。
元丰八年，宋神宗去世。
宋哲宗即位初，高太后垂帘听政，起用司马光为宰相，新法几乎全被废掉，史称“元祐更化”。