道光九年（1829）应礼部会试，与龚自珍双双落第，房考刘逢禄作《两生行》哀之，从此龚魏齐名。魏捐内阁中书舍人候补，内阁藏书丰富，乃博览史馆秘阁官书及士大夫私家著述。时社会动乱加剧，他目睹江华瑶民起义，深感清政权的腐败；道光二十年爆发了鸦片战争，外国侵略危机使他更加愤激，进一步激发了爱国热情。
道光十二年（1832），魏源来到南京即相中地处城西清凉山下乌龙潭边，，史称"诗巷"的龙蟠里东侧购地建3进草堂，初始魏源为爱屋起名"湖子草堂"后改名"小卷阿"。并在潭边浅水处建有"宛在亭"。魏源后半生，长年居住此处，其名著《海国图志》即在此处撰写完成。其间，他与时任江苏巡抚的林则徐往来甚密。
道光二十一年（1841），魏源入两江总督裕谦幕府，直接参与抗英战争，并在前线亲自审讯俘虏。后见清政府和战不定，投降派昏庸误国，愤而辞归，立志著述。道光二十二年（1842）完成了《圣武记》，叙述了清初到道光年间的军事历史及军事制度。在文中提出“今夫财用不足国非贫，人材不竞之谓贫；令不行于海外国非赢，令不行于境内之谓赢。故先王不患财用，而惟亟人材；不忧不逞志于四夷，而忧不逞志于四境。官不材，则国祯富；境无废令，则国柄强”的人才论观点。
道光二十四年（1844）甲辰，魏源再次参加礼部会试，中进士，以知州用，分发江苏，任东台、兴化知县。期间改革盐政、筑堤治水。他依据林则徐所辑的西方史地资料《四州志》，参以历代史志、明以来《岛志》及当时夷图夷语编成《海国图志》50卷，后经修订、增补、到咸丰二年（1852）成为百卷本。它囊括了世界地理、历史、政制、经济、宗教、历法、文化、物产。对强国御侮、匡正时弊，振兴国脉之路作了探索。提出“以夷攻夷”、“以夷款夷”，和“师夷之长技以制夷”的观点，主张学习西方制造战舰、火械等先进技术和选兵、练兵、养兵之法，改革中国军队。为了捍卫中国的独立自主，他号召“以甲兵止甲兵”，相信中国人能战胜外国侵略者。他告诫人们在“英吉利蚕食东南”之时，勿忘“鄂（俄）罗斯并吞西北之野心”。他提倡创办民用工业，允许私人设立厂局，自行制造与销售轮船、火器等，使国家富强。他主张革新，要求“去伪、去饰、去畏难、去养痈、去营窟”；“以实事程实功，以实功程实事。”并在《默觚》中发挥了“变古愈尽，便民愈甚”和“及之而后知，屦之而后艰”的主张，实为近代中国改良思想的前驱。对清王朝长期昧于世界大事，夜郎自大，固步自封，封关锁国的闭关政策和媚外求和的路线予以犀利的批判。正如梁启超在《论中国学术思想变迁之大势》中指出：“《海国图志》对日本‘明治维新’起了巨大影响，认为它是“不龟手之药”。在《中国近三百年学术史》中指出：“《海国图志》之论，实支配百年来之人心，直至今日犹未脱离净尽，则其在中国历史上关系不得谓细也。”
咸丰元年（1851），魏源授高邮知州，公余整理著述，咸丰三年（1853）完成了《元史新编》。后以“迟误驿报”，“玩视军机”革职。旋复职，他以年逾六旬，遭遇坎坷，以世乱多故而辞去。晚年，潜心学佛，法名承贯，辑有《净土四经》。咸丰七年三月初一日（1857年3月26日）卒于杭州东园僧舍。终年63岁，葬杭州南屏山方家峪。
