Năm 1664 đời Lê Huyền Tông, ông đi thi Hương đỗ giải nguyên, rồi thi Hội đỗ Tiến sĩ.[2] Ông được chúa Trịnh Tạc chú ý, ưu đãi vượt bậc nên không lâu sau làm đến chức Thượng thư bộ Công, nhưng vẫn thẳng thắn cương trực. Ông thường tán thưởng nhân cách của đại thần Trương Cửu Linh nhà Đường.

Vũ Duy Đoán dâng quyển Kim giám lục để khuyên chúa Trịnh nên ngay thẳng để làm tốt phong tục, không nghe gièm pha. Trịnh Tạc khen hay, khen ông là bầy tôi ngay thẳng[3].

Thời Lê Gia Tông (1672-1675), ông đón tiếp sứ nhà Thanh, dọc đường từ sông Nhị về tới cửa điện, họa thơ với sứ giả hơn 20 bài. Vì ông ứng đáp nhanh nên sứ nhà Thanh rất phục[3].