Cùng lúc đó, nước Tần sai sứ là Vương Kê đến nước Ngụy. Trịnh An Bình giả làm sai dịch để vào gặp Vương Kê, được yêu quý. Có lần Vương Kê hỏi nước Ngụy còn có người hiền nào, thì An Bình nói là có Trương Lộc. Vương Kê bèn mời ông đến gặp. Phạm Thư ứng đối trôi chảy làm Vương Kê cảm phục, muốn cùng đi tới nước Tần, bèn hẹn Phạm Thư đến phía Nam Tam Đình vắng vẻ sẽ đưa cả hai cùng đi.

Khi đến nước Tần, Vương Kê và Phạm Thư gặp xe của Thừa tướng nước Tần là Ngụy Nhiễm đang đi Huyền ấp. Phạm Thư nói:

Tôi nghe Nhương hầu chuyên quyền ở nước Tần, ghen người hiền, ghét kẻ tài, không muốn dung tân khách các nước, cho nên tôi sợ bị nhục, vậy xin hãy ẩn vào trong hòm để lánh mặt.

Khi Phạm Thư trốn vào trong hòm thì xe của Ngụy Nhiễm đến. Sau khi nói chuyện ít lâu với Vương Kê thì Ngụy Nhiễm bỏ đi. Phạm Thư đoán rằng Ngụy Nhiễm là người đa nghi, sẽ sợ Vương Kê đem theo người khách nào đến nước Tần, nên cùng xe của Trịnh An Bình chạy lên trước. Quả nhiên chỉ đi được 10 dặm thì gặp lính của Ngụy Nhiễm đến khám xét xe của Vương Kê. Do Phạm Thư đã tránh vào xe của Trịnh An Bình nên không bị phát hiện. Sau đó ông cùng Vương Kê vào Hàm Dương.

Vương Kê vào yết kiến Tần Chiêu Tương vương, tiến cử Trương Lộc nhưng vua Tần không tin, không triệu kiến. Phạm Thư từ đó ở lại nước Tần, nhưng đến nửa năm vẫn không được vua Tần gọi đến. Phạm Thư thấy Ngụy Nhiễm đánh đất Cương Thọ của Tề để mở rộng phong ấp bèn viết thư cho vua Tần, nói rằng:

Kẻ bề tôi gửi trọ là Trương Lộc dám dâng lời tâu này, tội thật đáng giết. Tôi nghe nói rằng minh quân trị nước, người có công thì thưởng, kẻ có tài thì cho làm quan, công to thì lộc hậu, tài cao thì chức trọng, cho nên kẻ bất tài không dám lạm chức mà người có tài không đến bị bỏ sót. Tôi nay đợi mệnh ở hạ xá đã hơn một năm; nếu nhà vua cho tôi là có thể dùng được, xin cho tôi được chút thì giờ để giãi bày những điều tôi muốn nói; nhược bằng nhà vua cho tôi là vô dụng thì lưu tôi lại làm gì ? Quyền nói là ở tôi, quyền nghe là ở nhà vua, nếu tôi nói mà không đúng, thì bấy giờ sẽ xin chịu tội. Vậy chớ nên vì cớ khinh tôi mà khinh cả người tiến cử tôi vậy !"

Vua Tần nghe vậy, bèn quyết định triệu Phạm Thư vào cung gặp mặt. Phạm Thư đến li cung chờ vua Tần, đến khi thấy tên hoạn giả hô là có vua đến, Phạm Thư nói: Nước Tần có vua sao, hay chỉ có Thái hậu với Nhương hầu[2]. Khi Phạm Thư và tên hoạn giả đang cãi nhau thì vua Tần đến, Phạm Thư dùng lời lẽ nhún nhường. Vua Tần bèn triệu Phạm Thư vào cung. Lúc đó trong cung vắng người. Khi Tần Chiêu Tương vương hỏi thì ông vâng dạ ba lần, rồi mới trình bày với vua Tần rằng nước Tề cách Tần rất xa, nếu có đánh được Tề thì cũng không thể chiếm đất được và khuyên vua Tần dùng kế sách viễn giao cận công, đem quân tấn công Hàn, Ngụy, thân Tề, Sở. Vua Tần thán phục, phong Phạm Thư làm Khách khanh. Theo ý kiến của Phạm Thư, vua Tần sai ngũ đại phu đem quân đánh Ngụy, chiếm ấp Hoài, hai năm sau lại chiếm Hình Khâu.