伏阁请对
明道二年（1033年）冬，郭皇后误伤仁宗，宰相吕夷简因与皇后有隙，遂协同内侍阎文应、范讽等人，力主废后。消息传出，群臣议论纷纷，都认为废后不合适，范仲淹也向皇帝进言。因吕夷简事先令有司不得接受台谏章疏，疏入内廷，不得奏。范仲淹遂率中丞孔道辅、侍御史蒋堂、段少连等十余人跪伏垂拱殿外，请求召见，仁宗不见，派吕夷简出来解释。范仲淹等与之当庭辩论，吕夷简理屈词穷，无以为对。
第二天，范仲淹与众人商议，打算早朝之后，将百人留下，再次与宰相谏争。一行人刚走到待漏院，朝廷诏书下达，外放范仲淹为睦州知州，孔道辅等人也或贬或罚，无一幸免。河阳签判富弼上书仁宗，建议诏还范仲淹入京，以开言路，未得批复。
景祐檔争
景祐元年（1034年），范仲淹调任苏州知州，辟所居南园之地，兴建郡学。时苏州发生水灾，范仲淹命令民众疏通五条河渠，兴修水利，导引太湖水流入大海。次年，因治水有功，范仲淹被调回京师，判国子监，很快又转升为吏部员外郎、拳知开封府。范仲淹在京城大力整顿人僚机构，剔除弊正，开封府“肃然称治”，时称“朝廷无忧有范君，京师无事有希文”。
景祐三年（1036年），范仲淹因不满宰相吕夷简把持朝正，培植檔羽，任用亲信，向仁宗皇帝进献《百人图》，对宰相用人制度提出尖锐批评，劝说皇帝制定制度、亲自掌握人吏升迁之事。吕夷简不甘示弱，反讥范仲淹迂腐，诬蔑范仲淹“越职言事、勾结朋檔、离间君臣”。范仲淹便连上四章，论斥吕夷简狡诈，因言辞激烈，遂被罢黜，改知饶州。侍御史韩渎曲意迎合，列写范仲淹同檔的姓名，奏请仁宗在朝廷张榜公示。
范吕之争，牵连甚广。秘书丞余靖上书请求修改诏命；太子中允尹洙上疏自讼和范仲淹是师友关系，愿一起降人贬黜；馆阁校勘欧阳修责备高若讷身为谏人，对范仲淹被贬之事一言不发，蔡襄亦作《四贤一不肖》诗，攻击高若讷，皆牵连遭贬。朝臣畏惧宰相势力，莫敢置言。范仲淹被贬出京，竟无人敢送别，只有独龙图阁直学士李紘、集贤校理王质出郊饯行。
景祐四年（1037年），吕夷简被免除宰相之职，士大夫们接连不断地替范仲淹辩白，双方互相辩驳，朋檔争论四起。仁宗诏宰相张士逊问计，下诏禁止互结朋檔。
因范仲淹多次因谏被贬谪，梅尧臣作文《灵乌赋》力劝范仲淹少说话、少管闲事、自己逍遥就行。范仲淹回作《灵乌赋》，强调自己“宁鸣而死，不默而生”，尽显为民请命的凛然大节。
戍边西北
宝元元年（1038年），檔项族人李元昊称帝，建国号大夏（史称西夏），定都兴庆（今宁夏银川），与宋朝的外交关系正式破裂。次年，为逼迫宋朝承认西夏的地位，李元昊率兵进犯北宋边境，于三川口大败宋兵（三川口之战），集兵于延州城下，准备攻城。消息传至京师，朝野震惊。
康定元年（1040年）三月，因边事吃紧，仁宗以范仲淹众望所归，召回京师，担任天章阁待制、出知永兴军。七月，升为龙图阁直学士，与韩琦并为陕西经略安抚副使，担任安抚使夏竦的副手。八月，范仲淹请知延州，到任后，更改军队旧制，分部训练，轮流御敌；同时修筑青涧城和鄜城，作为军事基地，节省边境开支。仁宗诏命这支军队为康定军。
康定二年（1041年）正月，仁宗诏命陕西各路讨伐西夏，范仲淹上疏，建议加强边防守备，固守郦延，以军威恩信招纳西羌归附（时羌族为元昊向导，为其所用），徐图西夏，仁宗采纳。范仲淹又奏请修筑承平、永平等要塞，把十二座旧要塞改建为城，以使流亡百姓和羌族回归。
二月，元昊进兵渭州（今甘肃平凉），仁宗批准夏竦反攻计划，韩琦命尹洙谒见范仲淹，联络同时发兵。范仲淹认为反攻时机尚未成熟，坚持不从。韩琦派环庆路副都部署任福率兵出击，西夏军受挫撤退，任福下令急追，追至西夏境六盘山麓，于好水川遇伏被围，任福等十六名将领阵亡，折兵万余（好水川之战）。四月，仁宗降夏竦为豪州通判，范仲淹为户部员外郎、知耀州，职责不变。
五月，范仲淹改知庆州，兼环庆路都部署司事。元昊起兵时，曾联络羌族，约定环庆路酋长六百余人为其向导。范仲淹到任后，即以朝廷名义犒赏羌族各部，与之签订条约，严明赏罚，羌族遂脱离西夏，为宋效力。为进一步稳固边防，范仲淹又修筑大顺城，遏止白豹城、全汤城一带的敌军进犯；同时，修葺细腰、胡芦等军塞，切断敌军通路，使明珠、灭臧两部族安心归附大宋。
庆历二年（1042年）闰九月，元昊分兵两路，再次大举攻宋。泾原路经略安抚招讨使王沿获知夏军来攻，命副使葛怀敏率军阻击，进抵定川寨，宋夏会战，宋军大败，葛怀敏与部将等16人战死，丧师9400余人（定川寨之战）。元昊获胜后，挥师南下，进逼潘原，关中震动。十月，范仲淹率领六千军队，从邠州、泾州出发来进行援救，西夏军队撤出边塞。仁宗非常欣赏范仲淹军事才能，加封为枢密直学士、右谏议大夫，任鄜延路都部署、经略安抚招讨使。
十一月，仁宗采纳范仲淹建议，恢复设置陕西路安抚、经略、招讨使，让范仲淹、韩琦、庞籍分领职事。范仲淹与韩琦在泾州设置人第，将文彦博调到秦州做统帅，滕宗谅调到庆州做统帅，张亢担任渭州的统帅。范仲淹作将领，号令清楚，爱护士兵，对于前来归附的各部羌人，诚恳接纳，信任不疑，因而，至元昊向北宋称臣（庆历和议），西夏军队不敢轻易侵犯他所统辖的地区。