沈括前后有二任妻子，第一任妻子叶在宋治平四年(1067年)，突然因病亡故，沈括告假归葬夫人叶氏。治平四年八月回朝后受升任为校勘，奉命考订郊礼沿革并重新订制郊祭仪式。治平四年(1067年)，王安石任翰林学士，与沈括一起编校宋会要辑的古籍。在整理过程中，沈括发现先祖所制定的一些制度和条例，已和当朝的实际情况有了差距，不太适合继续使用。

　　熙宁二年(1069)二月间，王安石升任副相参政知事。沈括将此事与王安石进行了商讨，王安石向朝廷提出建议修法改革，并再另创置三司修例及行均输法及青苗法。沈括参与了王安石的变法政策，受到王安石的器重和提拔。

　　另朝中有位张当之人，是沈括刚科中进士后，奉命前往扬州任同理参军时的本路长官淮南转运使。沈括当时给张当留下的印象极其好，后来张当还大力推荐沈括入昭文馆任职。当张当得知沈括夫人已不幸病故，又见沈括节节升官，前途光明，便把自己的女儿许配给沈括为继室。沈括见张当态度诚恳，又顾及两人旧情，不好推辞，便于熙宁二年(1069年)娶了其女张氏。朱彧在《萍洲可谈》中记载，沈括前后有二任妻子，第二任是淮南转张刍之女。

　　事隔不久，王安石变法失败。参与和支持王安石变法的大臣均受到牵连，纷纷被贬为地方小官，沈括也被贬至宣州任知府。

　　随后宦海里浮浮沉沉，过着颠沛流离且受尽褒贬之苦。亦发现自从娶回张氏做为继室以来，张氏生性凶悍，喜怒无常，且每发怒便要打骂沈括以出气。

　　至元佑三年(1088年)58岁的沈括因绘制天下州县图上呈有功，遂受朝堥开放准许自选居住地，沈括决心流勇退，正式辞官，举家由宣州迁往镇江定居于朱方门外的梦溪园。据说沈括居所之所以取名笔谈，与长期遭张氏的精神虐待有关，偏居一隅无谈心对象，又常遭夫人打骂，故而时时借笔舒发内心的想法及苦闷。元佑六年(1091年)起便身染疾病，未久其精神已濒临崩溃边缘，至元佑七年(1092年)时，沈括已瘦如枯柴，精神恍惚神志常不清。据《萍洲可谈》载：张氏骄蛮凶悍，平时常虐待沈括，将胡须连皮带肉扯将下来，儿女们抱头痛哭，跪求张氏息怒；又驱逐元配之子，年年状告其父子。但是张氏去世后，沈括竟郁郁寡欢，过扬子江时，一度跳水寻短，并于隔年去世（《文海披沙摘录》）。连儿女哭求亦无动于衷，可见张氏的凶狠。

　　但元佑九年(1094年)张氏病逝后，沈括投江寻短见，是老来丧偶太过悲痛，还是神志不清，无从考究。绍圣二年(1095年)，沈括65岁，也因病重而随其夫人先逝于梦溪园。