Năm 1068, Tống Thần Tông lên làm vua, triều đình nhà Tống gặp phải tình huống khủng hoảng về quân sự, chính trị, kinh tế, xã hội. Tống Thần Tông lên ngôi và triệu ông về kinh đô Biện Kinh, phong làm Hàn lâm viện Học sĩ. Năm 1069 ông được thăng Tham tri chính sự. Năm 1070, Vương An Thạch được cử làm Tể tướng, đã đề ra chính sách cải cách kinh tế, dựng ra phép "... Bảo Giáp, Bảo Mã làm dân bớt bị quấy, thêm giàu; làm quốc khố dồi dào, làm binh lực nước mạnh" nhằm cứu vãn tình thế khó khăn trong nước và sự uy hiếp của hai nước Liêu – Hạ ở phía Bắc và Tây Bắc Trung Quốc, đồng thời có ý đồ mở rộng lãnh thổ xuống phương Nam (trong đó có Đại Việt). Tân pháp của ông xét theo quan điểm của kinh tế học hiện đại gần với tính chất của một nền kinh tế kế hoạch hóa và phúc lợi công cộng. Để thủ tiêu việc đầu cơ tích trữ và độc quyền, ông cũng đã đưa ra một hệ thống giá cả cố định, đề ra việc trả lương bổng và trợ cấp hưu trí cho quan lại cũng như trợ cấp cho những người khó khăn v.v.

Nội dung tân pháp

Vương An Thạch đặt ra 3 phép về việc tài chính và 2 phép về việc quân binh.

• Tài chính:
  1. Phép thanh miêu: khi lúa còn xanh thì nhà nước cho dân vay tiền, đến khi lúa chín thì dân lại phải trả tiền lại, tính theo lệ nhà nước đã định mà trả tiền lãi.
  2. Phép miễn dịch: cho những người dân đinh mà ai không phải sưu dịch thì được nộp tiền, để nhà nước lấy tiền ấy thuê người làm.
  3. Phép thị dịch: đặt ra một sở buôn bán ở chốn kinh sư, để có những hàng hóa gì dân sự bán không được thì nhà nước mua thu cả lấy mà bán. Những nhà buôn ai cần phải vay tiền thì cho vay, rồi cứ tính theo lệ nhà nước mà trả tiền lãi.
• Quân binh:
  1. Phép bảo giáp: lấy dân làm lính. Chia ra 10 nhà làm một bảo, 500 nhà làm một đô bảo. Mỗi bảo có đặt hai người chánh phó để dạy dân luyện tập võ nghệ.
  2. Phép bảo mã: nhà nước giao ngựa cho các bảo phải nuôi, có con nào chết thì dân phải theo giá đã định mà bồi thường lại.

Tân pháp, hay còn gọi là biến pháp là những chủ trương cải cách đầy tiến bộ thông qua các đạo luật. Khi năm phép ấy thi hành ra thì sự chống đối của các tầng lớp quan lại lên cao. Họ cho là trái với chế độ và phong tục cũ từ thời Tam Hoàng - Ngũ Đế nhất là các quan lại theo cựu đảng như Tư Mã Quang, Tô Thức, Âu Dương Tu. Biến pháp Vương An Thạch được tiến hành một thời gian, và bị các thành phần khác ghen ghét, đấu tranh chống lại luật "thu thuế lúc lúa đang xanh" nên ông đã bị bãi chức lần thứ nhất. Giai đoạn từ 1070 đến 1075, ông mạnh tay thực hiện các biện pháp cải cách của mình.

Ông còn cho sửa đổi lại hệ thống thi cử quốc gia, làm cho nó ít lệ thuộc vào Tứ Thư, Ngũ Kinh mà dựa trên cơ sở những kiến thức có giá trị thực tiễn. Điều này cũng làm cho tầng lớp quý tộc và quan lại theo trường phái Khổng Tử khó chịu.

Khoảng tháng 6 năm 1074, thấy không làm được gì, ông xin từ chức. Nhưng tình hình càng trở nên phức tạp hơn. Đến tháng 3 năm 1075, Vương An Thạch lại được vua Tống triệu về chấp chính. Lần này, thì lại có làn sóng chống "luật miễn dịch" của ông. Hàng nghìn người kéo đến trước cửa nhà ông để làm náo động. Sau này, ông cử người đi điều tra sự thật và phát hiện ra phái chống đối đã giở thủ đoạn làm cho việc thi hành bị sai với đường lối ban đầu nên đã giải thích cho dân hiểu rõ sự thật.

Giai đoạn từ năm 1073 đến năm 1077, ông cho tiến hành luật Thị dịch. Phái chống đối ngày càng hành động quyết liệt hơn. Ông bị chỉ trích với 7 tội lớn. Tằng Bố còn đâm ông bị thương. Thực tế, trong hai năm thi hành luật Thị dịch, cuộc sống ở kinh thành ổn định hơn. Vào năm 1076, Vương An Thạch lại được vua vời ra làm Tể tướng. Tháng 10 năm đó, vua lại phế chức ông, đồng thời ông cũng xin từ chức do vua không nghe theo các cải cách khác của ông.

Tống Thần Tông trở thành người chỉ đạo cải cách sau khi Vương An Thạch từ chức, nhưng sau này, do tổn thất quá nặng nề trong cuộc xâm lược của Tây Hạ, nhà vua không còn hứng thú gì đến việc cải cách. Năm 1085 Tống Thần Tông qua đời, Tống Triết Tông mới 10 tuổi lên ngôi vua, nhà vua bổ nhiệm Tư Mã Quang làm Tể tướng. Một năm sau khi Tư Mã Quang chấp chính, các biện pháp cải cách bị loại bỏ gần hết.

Tháng 10, năm Hi Ninh thứ 9 (1076) Vương An Thạch quay về Giang Ninh. Ông trồng cây, làm vườn và sinh sống ở đây hơn 10 năm.

Ông hưởng thọ 66 tuổi, ôm hận "Biến pháp cải cách" thất bại. Biến pháp của ông đả kích mạnh mẽ vào quyền lợi của các đại quan, địa chủ, thương nhân, quý tộc cung đình và hoàng thân quốc thích, hạn chế đặc quyền của chúng, đương đầu với các thế lực thủ cựu. Ông bị bốn phía chĩa mũi dùi tấn công khiến ông chán nản và đi dần đến thất bại.

Ông sống cuộc đời giản dị, không ham tiền tài danh vọng. Một danh nhân đương thời tặng ông biệt hiệu "Xem phú quý như phù vân, một vĩ nhân". Ông được người đời sau tôn là một trong "Đường Tống bát đại gia" (tám đại văn hào của đời Đường và đời Tống).