范仲淹回京之后，担任天章阁待制、出知永兴军，后又改任陕西都转运使。
这时，夏竦担任陕西经略安抚、招讨使，朝廷便提升范仲淹为龙图阁直学士来担任夏竦的副手。
吕夷简再次担任宰相，赵祯劝告范仲淹解除与吕夷简以前的怨恨。
范仲淹叩头回答说：“我以前所议论的都是国家的公事，对吕夷简本人并没有怨恨。”
这时，延州周围各要塞大多失守，范仲淹主动请求前往延州，被升为户部郎中兼任延州知州。
这时，军队有一个错误的规定，那就是朝廷诏令规定将领们分别统辖边境驻军：总管统辖万人，钤辖统辖五千人，都监统辖三千人。在遇到敌人侵略而要抵御时，官品低的将领需首先出击。
范仲淹认为这个规定是错误的，当下上书说：“对战将不加以适当选择，而只以官品的高低来作为出阵的先后，这是自取失败的办法！”
他于是普遍检阅本州军队，得到一万八千人，并分为六部，每位将领各自统领三千人，分部训练士兵，根据敌军的多少，派遣他们轮流出战抵御敌军。
这时，塞门、承平各要塞已被废弃，范仲淹采纳种世衡的计策，修筑青润城来扼杀敌军进犯的要冲，大兴农田水利，并且开放民间贸易，以便边民互通有无。他又因为老百姓远路输纳赋税过于劳苦，当下上奏请求建军事基地，让河中府同州、华州的中下户就近送缴税租。以后每年春夏两季，调集军队时，就能就地取得给养，可以节省买粮开支十分之三，这还不包括其他开支节省的费用。
赵祯都准奏，同时诏命这支军队为康定军。
第二年正月，赵祯诏命陕西各路讨伐西夏。
范仲淹上书说：“正月塞外天气十分寒冷，我军露宿挨冻，不如等到春天深入敌境，敌军马瘦人饥，凭我军的势力容易制服敌军。况且我军边防守备逐渐加强，出师纪律严明，敌军虽然猖獗，必然会被我军的气势所震服！延州与灵州、夏州十分接近，而这是西羌的必经之地。我军只要按兵不动，观察他们的破绽，请皇上允许我用恩惠和诚信来招纳他们归附。否则的话，情义断绝，我担心要罢兵休战就会遥遥无期。如果我的这个计策不能达到目的，也应当发兵先夺取绥州、宥州，占据险要之地，屯兵营田，作长久作战的打算，那么茶山、横山的老百姓，必然会带领全族前来归顺。要开拓疆界抵御侵略，这是上等的策略。”
赵祯全部采纳了他的建议。
范仲淹又上奏请求朝廷修筑承平、永平等要塞，逐渐招回流亡在外的百姓，加固堡寨的屏障，使敌情侦察畅通，把十二座旧要塞改建为城，于是羌族和汉族流亡在外的百姓，都一个接一个地回来，重操旧业。
之后，元昊遣还被俘的宋将高延德，用他来与范仲淹约和，范仲淹写信告诫西夏罢兵。
这时，恰好任福在好水川被西夏打败，于是元昊给范仲淹的回信语气很不恭敬。
范仲淹当着来使的面烧掉了元昊的信。
朝中大臣认为不应擅自与西夏通信，又不应当擅自烧掉西夏来信，宋庠奏请处决范仲淹。
赵祯对范仲淹非常信任，没有同意处置他，只是将他降为户部员外郎、耀州知州，调任庆州知州，后又升为左司郎中，任环庆路经略安抚，缘边招讨使。
范仲淹得知羌人帮助元昊叛乱，当下一到达辖区，就奏请到边境巡视，他以皇帝诏命的名义犒赏羌族各部，检阅他们的人马，与他们订立条约：“假如仇恨已经和解或了断，又擅自进行报复并伤人的，罚羊一百只，马两匹，已杀死人的要斩首。因负债而引起纠纷的，应当到官府理断，擅自扣押捆绑无辜者，罚羊五十只、马一匹。西夏军马侵入边界时，集合时不随本族前往的，每户罚羊二只，扣押他们的首领。敌军大举入侵时，老少自外而入保卫本寨的，官府给他们供给食粮；到时不入寨的人家，每家罚羊两只；全族不进寨的，扣押他们的首领。”
羌族各部都接受了这些条约，自此以后他们开始为宋朝效力。
不久，西夏再次进攻北宋。