因此沈括便重新将古法的四至八到增加到二十四分至，此法是把子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥十二地支，依照东西南北的方位及四季五行之顺序排列位置平均分布于一圈圆周，此十二地支代表十二个月令也代表十二个时辰。然后再将甲乙属木归附春天卯月，丙丁属火归附夏天午月，庚辛属金归附秋天酉月，壬癸属水归附于冬天子月之方式分立于东西南北之四正位上。再以乾坤艮巽辅立到四隅方位。用此二十四个字代表一年二十四个节气，也代表周圆反复生生不息之意。
后沈括就以此二十四向分立法将测得之各山峦地形坐标位置绘入图中。后果然见其图中标入之坐标明确，且各山峦之位置等距及高底落差均极明显易办，所绘得郡县堪舆图志均不失其真，故沈括把此二十四向取名为二十四山向。然后沈括再把先前自行磨得尖利之磁针加入其图按任一测绘点再以二十四山向，做向外放射线方式定向使用，成图后再按二十四山向布郡县，如此成图竟能与实际域毫发不差。此二十四山向也就是延传至元明时期，初期航海罗盘所用之二十四个方位的准则。也是延用至明清以至现今之罗盘面上的二十四山向方位。
宋神宗熙宁五年(1072年)沈括奉命出使规划疏浚汴河水道，沈括便以三个月时间用其所发明之二十四山向道理绘制详图，并标立出各山川坐标再注明其各山峦间的等高差异，而又详加注记说明其疏浚及各项水利工程如何施工，再呈献给宋神宗过目，宋神宗见其所绘表图竟与实际地域无差分毫，直夸沈括才能再经询问沈括是以何法所绘制出如此标准图样时，经沈括向神宗说明是用其所发明之二十四山向加上磁针定向所测绘而得之后。沈括便获神宗提任为当朝司天监，并命其主管司天监一切事务之领导。
沈括自从主持司天监后，发现近期不但历法混乱且司天监之历官向来皆采世袭制，故个个历官皆只是顶着父祖之光环又无实际才能，且又不学无术又庸碌无能，只是摆着官位成天无所事事，沈括见此一批无能庸官后始了解难怪朝政不振又民多苦难了。因此沈括便兴起彻底改革之心，进而写明奏章向神宗请秦曰如要使司天监能对历法具有明确提升知识而能对全国农业生产有所贡献的话，得打破祖例起用平民出身但具历算实际才能者，因为只有任用具实才而不具官僚之人才能用其才能发挥其所长而不摆官。
沈括又见前朝的旧历法是以十二次的月亮圆缺做为一年的标准，虽经多次小改革但仍显气朔交争且岁年错乱，四时失位且又算数过程繁琐。故沈括便决心首先废除先圣王所遗留下来以十二朔望月为一年的阴历年法之历算法。而改以二十四个节气的定年法，此法是不管月亮的朔望而直接以十二气历之天象，把十二个气历中的二十四个节气为年制，此不以月亮圆缺为标准而只管时令节气，后再按节气定月并以立春日为每年的元旦。此种新法不但简易端平，且又上符天运魁星斗明年年春香又无补缀之劳，且此种农时以正四序调匀的二十四节气新历法，对于农事耕作方面又极为有利。但沈括之此新法等于完定了先前所制定的以十二个朔望为一年的旧历法，故当时司天监的不才以世制又墨守成规的司天监庸官皆大力反对，因此不但对于沈括之才能十分嫉恨，且纠合起来进行阻挠又多次借故上告神宗言沈括的不是。后来此新历法虽实行不久便又被修改掉。但此新历法直至七百多年后的1855年被太平天国所颁布为天历使用而延用至今，后又传至英国而英国至今仍用此法以统计农业气候和农事生产的依据。
