Năm Quý Mão (1723) Phạm Kim Kính được cử làm Phó sứ trong đoàn sứ bộ sang phương Bắc mừng vua Thanh Thế Tông (tức Ung Chính) lên ngôi. Sách Đại Việt sử ký tục biên cho biết: “Sai sứ sang nhà Thanh. Chính sứ là Phạm Khiêm Ích, sang mừng vua Thanh mới lên ngôi, Phó sứ là bọn Nguyễn Huy Nhuận, Phạm Đình Kính”.

Sách Khâm định Việt sử thông giám cương mục viết rõ hơn như sau: “Quý Mão, năm thứ 4 (1723). (Thanh, Thế Tông, năm Ung Chính thứ nhất)… Tháng 10, mùa đông… Sai sứ thần sang nhà Thanh. Chánh sứ là Phạm Khiêm Ích sang mừng việc Thanh Thế Tông lên ngôi; phó sứ là bọn Nguyễn Huy Nhuận và Phạm Đình Kính sang dâng lễ tuế cống và tạ ơn việc nhà Thanh ban cho lụa hoa”.

Chuyến đi sứ này kéo dài trong 3 năm, trong thời gian ở phương Bắc, đoàn sứ thần đã làm rất tốt việc bang giao, làm vẻ vang cho đất nước. Đầu năm Bính Ngọ (1726) đoàn sứ thần về nước, được vua Thanh trọng đãi ban thưởng, cấp thuyền để đi, lại gửi tặng vua Lê 4 chữ ngự đề do tự tay Ung Chính viết: “Nhật Nam tế độ” (Đời đời nối ngôi vua ở nước Nam) và 3 bộ sách quý là Bội văn vận phủ, Uyên giám loại hàm và Cổ văn uyên giám.

Các Chánh sứ và Phó sứ cũng được ban biển vàng, tấm biển của Phạm Kim Kính có khắc 4 chữ: “Vạn thế vĩnh lại” (Muôn đời được nhờ mãi mãi), khi về nước ông đã lấy 2 chữ Vĩnh Lại để làm tên mới cho quê mình, thay cho tên cũ là Cổ Sư. Sách Tân biên Nam Định tỉnh địa dư chí lược cho hay: “Ông làm quan Lễ bộ Thượng thư, đi sứ nước Thanh đưa lễ chúc mừng vua Thanh Thế Tông lên ngôi. Ông ứng đối trôi chảy, từng có bạn thân ở Thanh triều, được vua Thanh ban biển vàng có chữ: “Vạn thế vĩnh lại”. Nhân thế ông bèn đổi Cổ Sư ra Vĩnh Lại rồi mở chợ dạy nghề đan cót, bắc cầu sửa chùa giúp dân nghèo khó, khuyên đào giếng lấy nước ăn…”.

Sách Nam Định tỉnh địa dư chí thì viết: “Sinh thời, ông có danh vọng lớn đối với các sĩ phu, đi sứ Trung Quốc đối đáp thông minh, được Thiên triều khen thưởng. Vua Thanh ban cho ông biển vàng đề 4 chữ: “Vạn thế vĩnh lại” và một câu đối như sau:Mưu đồ tư tựu, sứ hồ sứ hồ kiêm ngũ phủ,Dực vi minh thính, thần tai thần tai khâm tứ lân.Nghĩa là:Mưu tính hỏi bàn, sứ kia sứ kia gồm năm phủ,Giúp làm tai mắt, tôi ấy tôi ấy kính bốn phương.Vua Thanh lại ban cho ông áo hoa hột vàng để khi về thêm tôn vinh”.

Mùa hạ, tháng 4 năm Bính Ngọ (1726) sứ bộ về đến Thăng Long, vua Lê đã ban chức phong thưởng cho những người đứng đầu, sách Khâm định Việt sử thông giám cương mục cho biết như sau: “Trước đây, bọn Khiêm Ích sang sứ bộ sang nhà Thanh, khi đến Yên Kinh, vua nhà Thanh cho triệu vào yết kiến ở điện Kiền Thanh, yên ủi thăm hỏi, rồi chính tay vua viết bốn chữ "Nhật nam thế tộ" đặc ân ban cho. Năm ấy, viên quan thế sử tâu lên vua nhà Thanh là mặt trời mặt trăng hợp bích, năm vì sao liên châu. Nhân đấy, bọn Khiêm Ích dâng thơ chúc mừng; vua nhà Thanh ngợi khen và dụ bảo, lấy cớ rằng quốc vương yêu chuộng văn học, tôn trọng đạo Nho, nên thưởng cho ba bộ sách.Sau này bàn luận công trạng phụng mạng đi sứ, thăng Khiêm Ích chức tả thị lang bộ Hộ, tước Thuật quận công; Nguyễn Huy Nhuận chức tả thị lang bộ Hình, tước Triệu quận công; Phạm Đình Kính chức hữu thị lang bộ Binh, tước Lại khê hầu”.

Đến cuối năm Kỷ Dậu (1729) triều đình lại cử sứ bộ sang nhà Thanh, một lần nữa Phạm Đình Kính được cử làm thành viên, tuy không giữ vai trò chính nhưng ông đã có nhiều ý kiến giúp cho chuyến đi sứ lần này đạt kết quả tốt. Khi trở về nước, ông cùng thành viên đoàn sứ bộ được ban thưởng, năm Qúy Sửu (1733) xét thấy Phạm Đình Kính có nhiều công trạng, triều đình đã thăng cho ông chức Binh bộ Thượng thư, Tham tụng kiêm Đông các đại học sĩ Nhập thị kinh diên, được gần gũi bàn việc cơ mật với vua chúa.