熙宁二年(1069)二月，赵顼特设“制置三司条例司”，即制定户部、度支、盐铁三司条例的专门机构，由王安石和知枢密院事陈升之主持，后来又由韩绛接替了陈升之。同时，王安石推荐了吕惠卿、章谆、蔡确、曾布、吕嘉问、沈括、薛向等一批新人进入该机构，作为实施新法的骨干人才。
七月，制置三司条例司颁行第一个新法“均输法”，拨出500万贯钱和300万石米作为发运司周转经费，由发运使根据京师库藏和各地物资的实际情况，选择低价购买政府所需物资，同时将各地的多余物资由政府运往各地出售，从而节省国家开支，增加政府收人，稳定物价，减轻农民负担。
九月，开始推行“青苗法”，也称“常平新法”，以相当于国家储藏粮食的货币总价值的钱财为本，每年两次向缺粮农民发放生活与耕种的贷款，收取20%~30%的年息，本息随同每年夏秋所纳农业税一并交还。十一月，又颁行“农田水利法”，奖励各地官府和农户开垦荒地、兴修水利。
熙宁三年(1070)五月，宋朝撤销了“制置三司条例司”，将其职权收归中书。十二月，王安石与韩绛同日升任宰相。此前二日，又颁行《畿县保甲条例》在开封府的属县试行“保甲法”，将相邻居民十户组织成保，实行刑事连带责任制，同时每户抽一人进行军事训练，由居民自己负责地方治安，以代替地方军队，节约军费。此后“保甲法”向全国推行。
同月，开封府试行“免役法”，又称“募役法”。原有差役义务的民户缴纳免役钱，免除其差役义务；原无差役义务的各类民户和官户缴纳数额为免役钱一半的助役钱，政府用这些钱募人服役。除取足雇值外，为防止灾年收不到免役钱，免役钱又多取二分，称“免役宽剩钱”。免役法后来向全国推行。
熙宁四年(1071)颁行的新法集中在官员人才的选拔方面。二月，王安石提出进行科举改革，取消诗赋、帖经、墨义等考试内容，改考本经、兼经、论和时务策四场，同时还设立了法律专科。
十月，王安石改革太学教育，实行“三舍法”，即将各地选送的太学生分为外舍生、内舍生和上舍生三等，层层教育选拔。对于上舍生又进行考试而分三等，名列上等者可直接授官，从而改革了通过科举选拔官员的单一形式。同时宋廷又令各州县都要办学校，从而掀起了宋朝第二次办学的热潮。
熙宁五年(1072)三月，又在开封实行“市易法”，设立市易务，由朝廷拨钱100万贯为本钱，负责平价收购各地滞销商品，到市场缺货时出售；商人向市易务抵押资产，以40%的年息率赊购市易务库存货物到各地销售。“市易法”后来又实行于杭州、广州、扬州等城市。
五月，开封实行“保甲养马法”，次年推行于北方诸路：为解决军马供应不足的问题，规定民户如果愿意为政府饲养军马一至二匹，即可免除部分赋税。
八月，又在北方大部分地区推行“方田均税法”，重新核实各户所占田亩，并按土地肥瘠均定了田税。
熙宁六年(1073)三月，宋朝在国子监内设立修撰经义所，王安石开始自撰《周礼义》王安石之子王雾和吕惠卿参与修撰《诗义》《书义》最后由王安石修改定稿，合称《三经新义》。这部书修撰完成后，作为统一士人思想的教科书，颁行下太学，并以此作为科举考试的标准。
八月，宋廷又推行了“免行法”和“军器监法”。“免行法”规定城市商业和手工业各行在每月缴纳一定数额的免行钱之后，无需再向政府直接供应各种硬性摊派的物资，而由政府出钱到市场上购买。“军器监法”是根据王雾的建议，设立专门的军器制造管理机构，提高兵器制作的质量。
赵顼与王安石推行的一系列变法措施遭到了朝中老臣们和后宫的强烈反对。
欧阳修、韩琦、富弼、赵忭、司马光、文彦博等朝中大臣因与王安石政见不合，纷纷离去。从熙宁六年(1073)开始，全国大旱，大量灾民涌向开封等大城市。反对派开始以“天变”攻击变法运动。王安石一手提拔的郑侠曾对王安石直言青苗、免役、保甲、市易等法的诸多不便，王安石没有回应。次年四月，郑侠将灾民涌入开封的情景绘成画卷，以非正常途径直接上呈赵顼，声称只要赵顼看他的画卷，并采纳他的建议，十日内天不降雨，就将他斩首。赵顼阅览后十分感慨，而几天后又果降大雨，延续十月的灾情得以缓解。赵顼将郑侠画卷拿给王安石看，郑侠随即因不按程序上书皇帝遭到惩处，但王安石决定辞相。
这时，变法引起“天变”之说对赵顼心理产生了影响，加上仁宗皇后曹氏和英宗皇后高氏对赵顼流涕哭诉王安石将乱天下，赵顼不得已同意让王安石出知江宁府，但允许他随时人朝商议政事。
王安石罢相，推荐韩绛为相，吕惠卿出任参知政事，赵顼继续推行新政。熙宁七年(1074)九月，宋廷颁行“将兵法”，在全国禁军中派出将领，负责训练军队，并驻守各地军事重镇，以代替原来的更戍法，改变将兵分离的情况。但是不久，变法派内部的吕嘉问、曾布、吕惠卿等人为争权而产生纷争，吕惠卿还乘机打击王安石，以图巩固相位。
在韩绛的建议下，赵顼决定让王安石重新出任宰相。不料王安石的再相，使得变法派内部的关系更加恶化。
先是王安石与韩绛意见不合，韩绛罢相。再是王安石与吕惠卿无法继续合作，吕惠卿罢政出知陈州。继而王雾、吕嘉问等人对吕惠卿进行打击报复，赵顼开始对王安石感到不满。熙宁九年(1076)，天上出现彗星，反对派再次以“天变”攻击新法。同年六月王雾死，王安石精神受到巨大打击，再请辞相。加上新法实行过程中手段粗暴，强行收敛、虚报成绩、争权夺利、贪污腐化等现象均有出现，赵顼已不再像以前那么信任王安石，便于当年十月让王安石再次出判江宁府。
王安石再次罢相之后，赵顼继续推行新法，并将注意力集中到改革宋代官制和强化军队训练等问题上。
宋初赵匡胤在创建新官制的同时，并没有取消旧的官制，往往对官员授予旧官制的官职，实际担任的却是和官职毫不相干的工作，官职只是作为领取俸禄的一个标准，所以称“寄禄官”或“官”，实际担任的工作称“差遣”，另外还有作为荣誉职衔的“帖职”等，这样，搞得官制名实混淆，机构重叠，职能不专而效能低下。为了改变这种状况，赵顼下令以《唐六典》为蓝本，研究官制改革方案。元丰三年(1080)，赵顼颁行《寄禄新格》，开始执行文臣朝官的寄禄官新官阶。元丰五年(1082)，新颁三省以下中央机构的组织法规和《官品令》。元丰官制减少了官阶，重新运作了原本虚设的三省六部，简化了官僚机构，明确了官员职责。
