庆历三年（1043年），富弼与范仲淹等人同时执政，欧阳修、蔡襄、王素、余靖同为谏臣，一时朝中名士云集，人才济济，士大夫们寄以厚望。面对内忧外患，宋仁宗想改革弊政，兴致太平，因而特别礼遇富弼、范仲淹、韩琦等人，亲赐手诏，让他们条奏当世急务。九月，仁宗在天章阁亲自召见富弼、范仲淹诸大臣，赐坐，给笔札，让他们疏奏革新政事，同时任命富弼主持对北边交涉，范仲淹则负责对西边防务。不久，富弼与范仲淹联名上奏《答手诏条陈十事》，提出了明黜陟、抑侥幸、精贡举、择官长、均公田、厚农桑、修武备、减徭役、覃恩信、重命令等十项以整顿吏治为中心的改革主张。后来富弼等人还多次单独上奏，宋仁宗采纳了大部分意见，陆续颁布几道诏令。这样，由范仲淹主持、富弼等人积极参与的“新政”开始实施。九月二十二日，仁宗采纳富弼严明法制的建议，命史馆检讨王洙、集贤校理余靖、欧阳修等人，把先朝典故及诸司所行可用的条例文字汇编成册，以为法典纲纪，最后成书《祖宗故实》20卷。
十月十二日，采纳范仲淹、富弼通选转运使的建议。范仲淹在提名时，对庸碌无才者一笔勾去，富弼有些犹豫，对他说：你勾得容易，可被勾去的一家人都要哭了。范仲淹说：一家哭，总比一路哭好啊！其他一些“新政”措施也在仁宗支持下陆续颁行。庆历四年（1044）六月，契丹和西夏发生战争。契丹主兴宗亲率10万大军西征，驻兵云州（今山西大同）、朔州（今山西朔县），并遣使至宋，要求与西夏断绝往来。范仲淹面对契丹西征，担心意在宋朝，请朝廷增派几万兵以备河东。富弼坚决不同意，认为契丹这回绝不会与西夏联合，契丹得到了宋增加的岁币，与西夏矛盾加深，而且朵儿族屡次杀戍塞役兵，契丹以为是西夏教唆的，所以增加河东守边，殊为失计。后果然如富弼所料，契丹未犯宋境。随着“新政”的实施，改革初见成效，但也遭到朝中守旧势力的激烈反对。他们诋毁谤讪，说新政官僚结成“朋党”，欺罔擅权。夏辣更是施展诡计，令其女奴伪造石介为富弼撰废立草诏，诬蔑他要“行（伊）尹、（霍）光之事”，进行陷害。事情传出后，仁宗以陕西备边为借口，命范仲淹出任陕西、河东宣抚使。八月，富弼继范仲淹之后，宣抚河北。庆历五年三月，韩琦上疏为富弼辩护，后来自己也被贬知扬州。至此，新政主要官僚全部被贬出朝。富弼后知郓州、青州，兼京东路安抚使。当时河北发生严重水灾，数以万计的人民流离失所，尤以京东路为严重，流民有六七十万之多。富弼到任后，极力动员所辖地方官员百姓出粟救灾，又征得公私房舍十余万间供流民居住，还把流民经过所抛下的尸体埋葬，建起一个个大坟墓，称为“丛冢”。此外，富弼还准许流民生产自救，辖内山林河泊之利，任流民取以为生；又募数万流民为兵。富弼日夜操劳，有人劝说他，你自己尚被飞语中伤，祸福难保，何必如此勤政爱民。富弼傲然不顾地说：“吾岂以一身易此六七十万人之命哉！”富弼冒祸救灾民的举动，仁宗听说后十分感动，特地遣使褒奖，拜礼部尚书。富弼坚辞不受。后迁大学士，徙知郑、蔡、河阳，加观文殿大学士，改宣徽南院使，判并州。
至和二年（1055年），授同中书门下平章事、集贤殿大学士，与文彦博同日拜相。宣制之日，士大夫以用人得当相庆于朝。仁宗知道后，对欧阳修说：“古之命相，或得诸梦卜，岂若今日人情如此哉？”至和三年正月初，仁宗上朝突发风眩之疾，被内侍扶入宫中诊治，朝中大臣十分惊恐，议论纷纷，富弼和文彦博担心会发生不测风云，便以在大庆殿设醮为仁宗祈福为名，留宿宫中，随时询问仁宗病情。由于富弼、文彦博遇事沉着冷静，“宫内肃然”。后来富弼还与朝中大臣一道，劝仁宗早立皇嗣，安定人心。嘉祐三年（1058年），进昭文馆大学士、监修国史。次年，首相文彦博遭人弹劾，罢判河南府，富弼又与韩琦为相，共主朝政。富弼为相时，欧阳修为翰林学士、包拯为御史中丞、胡瑗为侍讲，四人天下众望所归，士大夫称为“四真”，即真宰相、真翰林学士、真中丞、真学士。富弼为相六年，不务兴革，谨“守典故，行故事，而傅以公议，无容心于其间”，百官各守其职。嘉祐六年（1061年），富弼以母丧罢相。宋英宗即位后，召为枢密使。两年后，因腿有病，行走酸软无力，力请罢去所职，领一闲郡养疾，后被恩准，拜镇海军节度使、同中书门下平章事、判扬州，封祁国公，进封郑国公。
称疾引退
宋神宗即位后，锐意进取，很想通过变法，达到富国强兵目的，以改变长期形成的积贫积弱局面。熙宁元年（1068年），富弼徙判汝州（今河南临汝）。诏入觐，因他是三朝元老，神宗许肩舆至殿门，令其子扶掖进见，毋拜，坐语。神宗觉得富弼老成练达，久经政务，就向他请教致国强盛的办法。富弼说：“人主好恶，不可令人窥测，可测，则奸人得以傅会。当如天之监人，善恶皆所自取，然后诛赏随之，则功罪无不得其实。”神宗又以边事相问，富弼说：“陛下临御未久，当布德行惠，愿二十年口不言兵。”神宗听后十分失望。在一片守旧的政治气氛中，神宗遇到了王安石，并把革新重任寄托于他。熙宁二年（1069年），神宗任用王安石为参知政事，开始变法。也就在这年二月，富弼再次拜相。王安石锐意变法，神宗对他很信任，唐介死后，同列中没有人敢与王安石抗衡。曾公亮多次告老求退，富弼称病不问政事，赵抃能力不济，遇到事情只会叫苦。所以当时人们说，现在朝中的五个宰相是“生、老、病、死、苦”，指的是王安石生，曾公亮老，富弼病，唐介死，赵抃苦。面对王安石变法，富弼认为不能违背祖制，议论与王安石多不和；又见神宗重用王安石，知道自己不可与之争，于是称病求退，上章几十次才被准许。他上疏神宗，说现在人情未安，新近进用的多小人，不少地方地震，有水旱灾，国家很需要安定。神宗问他去了之后，谁可代替他。他推荐文彦博，神宗默然良久，反问道：“王安石何如？”富弼同样沉默不语。十月，富弼出判亳州（今安徽亳县）。青苗法颁行后，遭到元老重臣韩琦、文彦博等人极力反对，富弼也认为这样的法令推广，势必会造成“财聚于上，人散于下”的局面，他在亳州拒不执行。提举官赵济上奏弹劾富弼抗旨不遵，侍御史邓绾更是请求予以严办，结果富弼被贬，以仆射出判汝州。王安石认为处分太轻，“止夺使相，何由沮奸？”神宗未同意。富弼上奏神宗说：“新法，臣所不晓，不可以治郡。愿归洛养疾。”仁宗同意了，以韩国公致仕。富弼虽退居洛阳，与文彦博、司马光等十三人组织“洛阳耆英会”，每日在自己府第置酒赋诗相乐，但仍关心朝政，每遇国家大事，必畅所欲言，如“郭逵讨安南，乞诏逵择利进退，以全王师；契丹争河东地界，言其不可许；星文有变，乞开广言路；又请速改新法，以解倒悬之急。”
元丰六年（1083年）八月，富弼在洛阳病逝，享年80岁。死前给神宗上书，说他左右多小人，非国家之福。又陈时政之失，封押后交给他的儿子绍庭，还期许神宗以时事见问。司马光、范纯仁去吊丧，绍庭把这事对他们说了，他们都认为那是遗表，叫绍庭马上送给神宗。神宗读后十分哀痛，辍朝三日，内出祭文致奠，赠太尉，谥文忠。元祐（1086年～1094年）初，配享神宗庙庭。哲宗御制碑首“显忠尚德”，命学士苏轼撰文镌刻。绍圣（1094～1098年）年间，章惇执政，说富弼曾反对变法，得罪神宗，罢去配享资格，靖康（1126年～1127年）初年才恢复旧典。富弼有奏议12卷、札子16卷等，著作今存《富郑公诗集》1卷。
