Từ đời Tống Chân Tông (1008-1023) về sau, triều Tống nhờ việc biếu xén tiền bạc và vải lụa cho Liêu mà giữ được an ninh ở biên giới phía bắc trong 1 thời gian dài. Nhưng triều Liêu thấy Tống mềm yếu, muốn lấn lướt để xâm chiếm đất đai của Tống. Năm 1075, triều Liêu phái đại thần là Tiêu Hy đến Đông Kinh, yêu cầu hoạch định lại biên giới. Tống Thần Tông cử đại thần đàm phán với Tiêu Hy. Hai bên tranh luận suốt mấy ngày không đạt tới kết quả nào. Tiêu Hy nhất định nói là Hoàng Vĩ Sơn (nay ở tây nam Nguyên Bình, Sơn Tây) và dải đất 30 dặm ở đó là cương giới của triều Liêu. Đại thần do Tống Thần Tông cử đi đàm phán không nắm vững địa hình vùng đó, nên tuy biết rằng điều Tiêu Hy nói là vô lý nhưng không có chứng cớ gì để bác lại. Tống Thần Tông liền phái Thẩm Quát đi đàm phán.

Thẩm Quát là người vùng Tiền Đường thuộc Hàng Châu, vốn đứng về phía ủng hộ tân pháp của Vương An Thạch. Ông có tác phong làm việc nghiêm túc, tỉ mỉ, lại tinh thông địa lý. Khi nhận nhiệm vụ, trước hết ông đến khu mật viện, lục tìm và tra cứu rõ ràng mọi hồ sơ lưu trữ liên quan đến việc hoạch định biên giới từ trước tới nay, thấy rõ vùng đất đó là của Tống. Ông bèn tâu với Tống Thần Tông. Tống Thần Tông nghe vậy rất phấn khởi, liền sai Thẩm Quát vẽ thành bản đồ đưa cho Tiêu Hy xem, Tiêu Hy không nói gì được nữa. Tống Thần Tông liền phái Thẩm Quát đi sứ tới Thượng Kinh (kinh thành của Liêu, nay thuộc khu tự trị Nội Mông, phía bắc Tập Ninh). Trước hết, Thẩm Quát thu thập rất nhiều tư liệu về địa lý, yêu cầu các nhân viên tùy tòng học thuộc. Đến Thượng Kinh, tể tướng triều Liêu là Dương Ích Giới đàm phán với Thẩm Quát về biên giới. Trước các vấn đề do phía Liêu nêu ra, Thẩm Quát và các quan chức trong phái đoàn đều đối đáp trôi chảy, có bằng chứng xác thực. Dương Ích Giới thấy khó có kẽ hở nào để lợi dụng, liền giở thủ đoạn ngang ngược nói: "Các ngài cứ một mực kỳ kèo từng tấc đất, chẳng lẽ muốn đoạn tuyệt quan hệ với chúng tôi chăng?".

Thẩm Quát trả lời hùng hồn đầy lý lẽ: "Các ngài đã làm trái minh ước trước kia, muốn dùng vũ lực để uy hiếp chúng tôi chăng? Nếu xảy ra xung đột, chắc các ngài cũng không lợi gì đâu?".

Các quan chức triều Liêu không áp đảo được Thẩm Quát bằng lý lẽ, lại ngại nếu làm căng quá cũng không có lợi gì, nên đành rút bỏ những yêu cầu vô lý của họ. Thẩm Quát dẫn phái đoàn ra về. Dọc đường, qua mỗi địa phương, ông đều vẽ tất cả núi cao sông lớn và các địa hình hiểm trở vào bản đồ, đồng thời gi chép rõ ràng mọi phong tục tập quán của từng địa phương làm phụ lục kèm theo. Về tới Đông Kinh, ông chỉnh lý lại rồi dâng lên Tống Thần Tông. Tống Thần Tông thấy Thẩm Quát lập được công, liền phong ông làm hàn lâm học sĩ. Để giữ gìn an ninh cho triều Tống, Thẩm Quát hết sức coi trọng việc nghiên cứu địa hình. Một lần, Tống Thần Tông phái ông tới Định Châu (nay là huyện Định, Hà Bắc) kiểm tra. Ông giả làm người đi săn, bỏ ra hơn 20 ngày khảo sát kỹ địa hình vùng biên cảnh, rồi dùng que gỗ và nến nung chảy để đắp thành mô hình, miêu tả y hệt địa hình vùng đó. Trở về Định Châu, ông sai thợ mộc căn cứ vào mô hình, điêu khắc thành mô hình gỗ, rồi dâng lên Tống Thần Tông. So với bản đồ vẽ trên giấy, mô hình lập thể rõ ràng là dễ xem hơn rất nhiều. Tống Thần Tông rất tán thưởng các tấm bản đồ và mô hình do ông chế ra. Năm sau, liền hạ lệnh cho ông vẽ bản đồ toàn quốc. Nhưng không lâu sau, Thẩm Quát bị kẻ xấu vu cáo nên bị triều đình biếm trích đi Tùy Châu (nay là huyện Tùy, Hồ Bắc). Ở đây, tuy điều kiện rất khó khăn, nhưng ông vẫn kiên trì hoàn thành tấm bản đồ đang làm dở. Sau đó, ông bị đổi đi làm quan mấy nơi khác. Đến đâu, ông cũng chú ý quan sát địa hình, chỉnh lý lại bản đồ. Kiên trì suốt 12 năm, cuối cùng ông đã hoàn thành bức bản đồ toàn quốc chính xác nhất, mang tên "Thiên hạ quận quốc đồ".

Thẩm Quát không những đát thành tựu xuất sắc trong nghiên cứu địa lý, mà còn là 1 nhà khoa học quan tâm rộng rãi. Ông rất tinh thông nhiều lĩnh vực như thiên văn, lịch pháp, âm nhạc, y dược, toán học. Từ rất lâu, ông đã nghiên cứu thiên văn, lịch pháp. Sau đó, khi làm việc ở Ty thiên giám, thấy nhiều người là việc ở đây đều thuộc loại bất học vô thuật, không biết cách sử dụng dụng cụ đo đạc thiên văn. Từ khi tới Ty thiên giám, ông cho bố trí thêm nhiều dụng cụ đo đạc. Để quan sát và xác định chính xác vị trí của Bắc Cực Tinh, ông miệt mài suốt 3 tháng, đêm mào cũng dùng dụng cụ thiên văn theo dõi, cuối cùng đã tính toán được chính xác vị trí của hành tinh quan trọng này. Vào những năm cuối đời, Thẩm Quát ẩn cư ở Nhuận Châu (nay là Trấn Giang, Giang Tô), tại Mộng Khê viên. Ông ghi chép lại thành quả nghiên cứu trong suốt cuộc đời, viết nên tác phẩm "Mộng Khê bút đàm". Trong tác phẩm này, ngoài việc ghi chép những thành quả nghiên cứu của mình, ông còn ghi lại rất nhiều phát minh sáng tạo của nhân dân lao động đương thời. Trong đó, đặc biệt nổi tiếng là phát minh về kỹ thuật ấn loát bằng chữ rời của Tất Thăng.

Kỹ thuật ấn loát là 1 trong 4 phát minh lớn của Trung Quốc thời cổ. Trước thời Bắc Tống, đã có kỹ thuật in mộc bản. Nhưng làm bản khắc gỗ tốn nhiều thời gian, và khi đã làm xong bản khắc muốn thay đổi 1 chữ trong đó thì phải bỏ đi, khắc lại bản (trang) khác. Khi về thăm quê ở Tiền Đường, Thẩm Quát thấy 1 người thợ già tên là Tất Thăng, dùng 1 loại đất sét thật mịn, cắt thành rất nhiều mảnh vuông nhỏ, khắc chữ lên rồi cho vào lò nung chín, tạo thành 1 chữ rời. Dùng loại chữ rời này xếp thành bản in, tiện lợi hơn bản khắc gỗ rất nhiều. Thấy việc mới là này, Thẩm Quát hết sức hứng thú, xem xét hết sức tường tận, rồi ghi chép, miêu tả trong "Mộng Khê bút đàm", người đời sau đọc sách này, mới hiểu rõ được lai lịch của kỹ thuật in chữ rời.